Hvorfor koster nye jetmotorer milliarder at designe?

Selv hvis vi ignorerer lønnen til alle involverede; ingeniører, sælgere, ledelse, Q / A-teams, produktionsteams, flere sælgere og derefter et par ekstra ingeniører …

Jeg ved ikke ” t forstå. Hvis det bare er at designe en jetmotor, kan råmaterialer umuligt være en vigtig faktor, selvom det er noget som titanium eller kompositter.

Mens råvarerne alene ikke nødvendigvis er dyre, kan materialerne såvel som bearbejdning og forarbejdning være ret dyre. Dette kan yderligere forstærkes, hvis motoren bruger en slags nyt materiale til som der endnu ikke er nogen effektiv produktionsmetode. Dette var tilfældet for hele produktionen af SR-71 Blackbird , som nødvendigt for at finde ud af, hvordan man arbejder med titanium, før man rent faktisk bygger noget . Selv når de skræddersyede dele er produceret til en ny motor, skal virksomheden derefter finde ud af, hvordan man fremstiller dele i tilstrækkelig mængde y for at producere motorerne til markedet.

Hvor mange prototyper kan du muligvis have brug for? Jeg mener, jeg håber, det er ikke alle forsøg og fejl.

Det er det ikke, men FAA kan kræve forskellige demonstrationer, hvor de ødelægger motoren , og du kan vædde på, at producenten vil prøve det, inden de kører officielle tests. Når beståede indledende tests flyvende prototyper skal bygges og testes på ægte flyskrog, der koster penge, kører jetbrændstof, der koster penge.

Den anden ting er computersoftware, som jeg troede ville gøre tingene nemmere og billigere at designe. Indrømmet, at du ikke bare kan indtaste det ønskede tryk og trykke på en knap, men der er helt sikkert anstændigt, dynamisk software derude, der kan hjælpe dig med at designe noget meget lettere og hurtigere end før.

Det gør nogle ting hurtigere, som FEM , og gør det kompliceret routing helt sikkert nemmere, men som en god skruenøgle er CAD-software en værktøj der gør tingene hurtigere og lettere. Det gør ikke arbejdet for dig.

Kommentarer

• Tal for brændstofomkostninger til at køre en moderne motor på forskellige effektniveauer til en testdag. kan være nyttigt at forstærke dette svar.- Også yderligere overvejelser om omkostninger som fast ejendom og potentielle ‘ arvsomkostninger ‘ som at udbetale for aktionærer eller opretholde pensionsfonde kan være nyttigt for fremhæv. Jetmotorprojekter udføres typisk ikke ‘ ud af en ensom ingeniør ‘ s garage … Som de siger, omkostninger tilføjer , og så bliver du til sidst nødt til at betale folk for at lægge disse omkostninger sammen …
• Undervurder aldrig omkostningerne til at bygge de nødvendige værktøjer til at opbygge et produkt. Ikke-luftfartseksempel: værktøjet, der kræves til at fremstille en integreret kredsløbschip, kan koste mere end en million dollars, og at ‘ antager, at du allerede ejer alt produktionsudstyret. Hver gang dine tests finder en fejl, der kræver en stor ændring, skal du betale disse omkostninger igen.
• Jeg ser dine ‘ råmaterialer ‘ og jeg rejser dig titanium smithing .
• Her er en cool link hvor det viser, hvordan motoren testes … de ‘ testes på et plan bygget til test af motorer …
• Værd at bemærke, at fordi moderne CAD gør tingene hurtigere og lettere, er ingeniører i stand til at designe mere komplicerede ting. Du ender ofte ikke ‘ til at bruge mindre tid på at designe ting, du designer ting, der bare ‘ ikke var mulige før.

Jetmotorer er nogle af de mest komplekse maskiner, der nogensinde er oprettet. De skal være så lette, effektive, sikre og pålidelige som muligt. Der er en grund til, at de fleste nye passagerfly for nylig er blevet påvirket af forsinkelser fra motorproducenter. Dette er en vanskelig balance at konstruere, når de er på en plan og et budget.

Jetmotorer kan bestemt være billigere at udvikle og købe. Du kan få dem til relativt “overkommelige” priser for fjernstyrede fly. Men omkostningerne stiger bestemt med skala, og en flyejer forventer, at en motor kører i tusinder af timer med minimal vedligeholdelse, mens man brænder så lidt brændstof som muligt og ikke skader nogen. Hver nye generation af motorer har været mere effektive end den sidste, og disse forbedringer kommer ikke gratis.

Hvis det bare er at designe en jetmotor, kan råmaterialer umuligt være en vigtig faktor, selvom det er noget som titanium eller kompositter.

Det er ikke kun råvarerne, men den involverede behandling. Moderne motorer skubber materialer til deres grænser og ud over. Avancerede produktionsteknologier skal udvikles.

Lad os sige, at du har et nyt materiale eller en proces, du vil bruge. Det kan let tage mindst hundrede tusinder af dollars bare for at udvikle en, og en ny motor kan omfatte mange af disse. Selv for et billigt råmateriale kræves den mængde arbejdskraft, der kræves for at oprette testartikler, oprette tests, køre dem og dokumentere resultater vokser meget hurtigt. Du vil være sikker på, at du forstår, hvordan det nye materiale eller den nye proces fungerer, inden du går videre med det. Hvis ting går galt , opretter du store problemer for dine kunder (flyproducenter og deres kunder).

Hvor mange prototyper kan du muligvis have brug for? Jeg mener, jeg håber, det er ikke alle forsøg og fejl.

“Trial and error” kaldes undertiden også “videnskab” hvilket er hvad du har brug for for at udvikle nye teknologier. Efterhånden som testen skrider frem, og risikoen øges, vil du gerne have, at “fejl” -delen fortsætter med at falde. Men prøvedelen er meget vigtig for at forstå, hvordan ting rent faktisk fungerer (eller ej). Dette betyder ikke kun prototyper i fuld skala (som vil gennemgå flere design-iterationer, selv gennem flycertificering), men også undersystemer og komponenter. Og du skal lave nok test for at have statistisk tillid til, at resultaterne kan gengives pålideligt.

Den anden ting er computersoftware, som jeg troede ville gøre tingene nemmere og billigere at designe.

Dette er bestemt sandt, og disse teknologier har reduceret mængden af fysisk test, der skal udføres. Men på en eller anden måde koster det dig penge.

Med produkter som jetmotorer betyder bedre værktøjer generelt ikke “hvor billige kan vi gøre denne proces “men” hvor meget mere ydeevne kan vi få for de samme penge. “

Så hvad gør det så dyrt? Er der en super kostbar certificeringsproces?

Ja. Folk kan godt lide at flyve på fly med motorer, der fortsætter med at arbejde og ikke eksploderer. Dette betyder strenge regler og certificering.For FAA dækker 14 CFR del 33 certificeringskravene til jetmotorer for at forsøge at gøre fejlhændelser så sjældne som muligt. Her er blot nogle af de test, der kræves i henhold til reglerne:

• Vibration
• Overtorque
• Kalibrering
• Udholdenhed
• Overtemperatur
• Fuldt driftsområde
• System- og komponenttest
• Rotorlås
• Fuld nedrivning
• Bladeindeslutning / ubalance i rotor
• Indtagelse af regn, hagl og fugl

Nogle af disse tests vil være destruktive, enten ved design eller ved et uheld. Nogle af dem vil tage meget tid og kræfter. Bare papirarbejde involveret i forståelse af alle disse krav og dokumentation til tilsynsmyndighederne om, at du “har opfyldt dem, kunne let tage en god del af dine 100 mennesker.

Måske kan nogen forklare den generelle proces med design af jetmotorer i første omgang, fordi jeg er sikker på, at det ville være nyttigt. På den måde forestiller jeg mig det, du går bare trin for trin og prøver at få hver bladform og diameter til højre.

Det lyder som om du har det grundlæggende ide. Men ingeniørarbejde handler om djævlen i detaljerne.

For det første kunne moderne motorer have 20 eller flere trin, der er knyttet til 2 eller 3 separate spoler. Ingeniørerne skal beslutte det optimale antal trin og spoler til motordesignet. Det betyder at analysere mange forskellige konfigurationer, hvor kompleksiteten har en tendens til at stige eksponentielt, da hvert trin påvirker resten af systemet.

Ja, processen er relativt enkel, hvis du får statiske betingelser at analysere. Selvfølgelig er det “det er vigtigt at optimere brændstofforbruget ved krydstogt. Men motoren skal stadig køre i en lang række forhold. Så er der de dynamiske betingelser for acceleration og deceleration. Motoren skal starte og være stabil i både medvind og medvind. Det skal være i stand til at starte på jorden eller i luften efter at være blevet ekstremt kold. Underlige ting kan ske, når tingene udvides og trækker sig sammen med temperaturen.

Hvis du ser på en enkel analyse af, hvordan tryk- og temperaturændring gennem en jetmotor, der er sandsynligvis meget hånd, der vinker omkring et trin kaldet” forbrændingsanordningen “, hvor du på magisk vis får en temperaturforøgelse. Processen med at brænde brændstoffet under de ekstreme forhold i en jetmotor er ekstremt kompleks. Luften, der styrter foran, skal komprimeres og derefter sænkes nok til at sluk ikke flammen. Flammen skal være indeholdt i forbrændingssektionen under hele driften og ikke overophede turbintrinene bag den.

Højere temperaturer og tryk giver bedre effektivitet, men materialer skubbes til deres grænser. Nye superlegeringer og fremstillingsteknikker skal perfektioneres for at skabe materialer, der er i stand til at modstå ekstreme temperaturer, mens de spinder med tusinder af omdrejninger pr. Minut. De er nødt til at sætte små huller og passager i bladene for at tvinge køleluft, der dækker overfladen af bladet, så det ikke kommer i direkte kontakt med den ekstremt varme luft i turbinen.

Så har du også mekanisk energi, der ekstraheres af en generator, og pneumatisk energi, der ekstraheres til flyets udluftningssystem. Motoren skal kunne klare forskellige systemers krav.

Der er også problemet med forskellige spoler, der roterer og tusinder af omdrejninger pr. Minut, og ikke forårsager for meget friktionsvarme eller for tidligt slid. Ingeniører har brug for at forstå temperaturer, aerodynamik og rotationsspænding på hver del gennem hele motorens driftsområde, og hvordan det påvirker resten af motoren.

Og det er ikke bare nok til at få noget det virker. Nogen vil altid stille spørgsmålet: “Hvordan kan vi gøre dette mere effektivt?” Moderne motorer trækker mange forskellige tricks for at presse hver eneste effektivitet ud, som de kan. Luft udluftes, og vinger kan justeres for at gøre motoren stabil under alle driftsforhold. Nye koncepter og teknologier udvikles. Moderne turbofanere har problemet med en lavtryksmølle i ryggen, der skal dreje så hurtigt som muligt for at være effektiv forbundet med en ventilator foran, der skal dreje meget langsommere for at være effektiv. For det Pratt & Whitney-eksempel, du giver, var deres løsning en gearkasse, der gjorde det muligt for de to at dreje i forskellige hastigheder. Dette var en meget vanskelig udfordring, der tog dem årtier til endelig at komme ind i et slutprodukt.

Al denne kompleksitet skal styres af software, der overvåger en række sensorer i hele motoren og løbende justerer de mange parametre for at opretholde en stabil og effektiv drift. Denne software skal køre på computere, der fungerer over et stort temperaturområde og under konstant vibration.

Du skal også huske, hvordan alle disse tusindvis af dele vil blive fremstillet og derefter samlet og derefter vedligeholdt gennem motorens levetid. Du har brug for folk, der planlægger at sikre, at en mekaniker har adgang til de rigtige komponenter med de værktøjer, de har brug for, og hvilke processer der skal følges for at samle og adskille de forskellige dele.

Så er der også sikkerhedseffekter som støj og forurening. Der vil være ingeniører, der har til opgave at forstå, hvordan disse genereres, og hvordan de kan reduceres til acceptable niveauer med så lave omkostninger som muligt.

Dette er blot en oversigt over de mange områder, der er involveret i design af en jetmotor. Der er bestemt flere, og hver detalje her kan let kræve et specialiseret team, der arbejder på det.

Kommentarer

• Naturligvis beregnede jeg bare, at vi har brug for omkring 1.000 af disse 50 kg fremkalder RC-motorer (5.000 $ hver) for at få en A320 til at flyve. 🙂
• @PerlDuck Har du medtaget i denne beregning det højere brændstofforbrug af motorerne, den ekstra vægt af motorerne og det ekstra brændstof og det højere brændstofforbrug på grund af den ekstra vægt og ekstra vægt af det brændstof og det højere brændstofforbrug på grund af den ekstra vægt …?
• Dette er et godt overblik over kompleksiteten i et moderne ‘ jet ‘ motor, men jeg så ‘ ikke noget, der viste, hvordan det hele tilføjede op til 10 $ USD. Estimering af antallet af personer, der kræves til specifikationerne, design og redesign, test, faciliteter osv. Vil hjælpe dette svar (for mig.)
• @ Alexander Selvfølgelig har jeg ikke det. Det var blot en vittighed. Jeg var bare nysgerrig, hvor mange af de små, vi skulle bruge. Fik mig til at tænke på en flue med sine tusinder af små øjne sammenlignet med andre dyr med kun to større.
• @CramerTV, antal involverede personer? Masser. Hvis du f.eks. ‘ bruger en ny superlegering, skal du kvantificere materialets egenskaber: en mekanisk testtekniker til at måle styrke, hårdhed, sejhed osv. , en kemiker til at bekræfte sammensætningen, en maskinist til at konvertere bulkmetal til testprøver, og en laboratorievejleder til at koordinere tingene. At ‘ er fire personer til kun et aspekt af en del af designet af en jetmotor.

Sidst jeg tjekkede, tjener de fleste forskere og ingeniører ikke millionærløn. Jeg tror, det er mere omkring 100 til 250.000 toppe. Selv hvis du havde 100 af dem, der arbejdede i 10 år på det, ville det være 250 mio. Eller en kvart milliard dollars.

Lønningerne inden for luftfart er i gennemsnit mindre end 100.000, det er ikke IT, men det er ikke problemet.

Du kan udvikle en grundlæggende eksperimentel jetmotor med 100 ingeniører og videnskabsmænd. Sagen er, at du ikke kan designe og bygge en masseproduceret turbofanmotor med et sådant hold.
Du kan med 1.000. Men flyselskaber og myndigheder vil have det pålideligt, og du kan ikke bygge en pålidelig high-bypass turbofan med kun 1.000. Det tager tusinder på grund af hvor grundigt alt skal valideres og dobbelttjekkes.

Bygning af en konkurrencedygtig passagerfly motoren er endnu hårdere. Det ville være realistisk i dag med 10.000 ansatte, men stadig en præstation. Jobbet er ikke kun design af motordele, det meste af det hårde arbejde er at afprøve hundreder af materialer i R & D, maskindesign, teknologiudvikling, QM og QC-udvikling. Alle de ting, der bidrager til at producere gode motorer og derefter producere dem effektivt.

Saturn, en af de mindre jetmotorbyggere i dag, har ~ 23.000 ansatte.
Pratt & Whitney, den mindste af de store tre i Vesten, har ~ 40.000.
Rolls-Royce, der for det meste fremstiller luftfartsmotorer (bilmærket blev solgt for længe siden) har ~ 50.000 ansatte.
Også ~ 50.000 til GE Aviation, med yderligere 200.000 i General Electric samlet set.

Ikke alle disse er ingeniører og forskere, men mere end halvdelen af personalet i sådanne højteknologiske industrier er inden for forskning, design, ingeniørarbejde, ledelse og andre job, der bidrager til designomkostninger.

Det egentlige designteam for en moderne jetmotor vil være under 1.000 mennesker. Men det er bare de mennesker, der udfører arbejdet på højt niveau, flowdiagrammerne, FEA-beregningerne, designmodellerne.
De vil stole på tusinder for at give dem data. Fra deres modeller producerer tusinder flere detaljerede tegninger og CNC-programmer til hver enkelt del. Derefter skal der for hver enkelt del udvikles et separat QC-program.

Du kan ikke kopiere og indsætte fra designtegninger til CNC-programmer. Du kan heller ikke kopiere og indsætte fra dem til målemaskineprogrammer til QC.Målegrundlagene er forskellige, så tolerancerne er forskellige, det er et forskelligt detaljeringsniveau. Lav den fejl kun en gang. For en lille og ikke særlig kritisk del, og konsekvenserne kan bemærkes .

Svarene er alle meget gode, fordi de beskriver potentielle omkostninger, men lad jeg giver en anden vinkel for at se på disse typer spørgsmål. I et stærkt konkurrencepræget miljø vil virksomheder kaste så mange penge på et problem, som det er værd for dem at få det løst. I økonomisk tale: “marginale omkostninger svarer til marginal gevinst” .

Når man designer en ny motor, starter man med alle de ændringer, der giver en stor ydelsesforbedring til en lav pris. Over tid undersøges disse “trivielle” ændringer, og hvis der er nok “gevinst” ved kontinuerligt angreb på problemet, mere komplicerede ændringer med mindre forventede gevinster vil blive angrebet.

Tænk nu over, hvor høj gevinsten fra en eksp. En motor er: Hvor meget brændstof spares i løbet af de mange tusinde timer? Hvad er den forventede fremtid markedsværdi af det brændstof i en verden med stigende knaphed og forventet CO2-beskatning?

Overvej nu, at du vil implementere denne nye motor ikke i et enkelt fly, men i en stor flåde på hundreder, måske tusinder af fly? Enhver forbedring af den motor, du foretager, har bare sådan en stor markedsværdi. Endelig overvej, at mange forbedringer af den næste generation af motorer kan overtages til nyere udvikling senere, noget der kaldes “stående på giganternes skulder”.

Et eksempel Tag en motor, der koster omkring 30 mio USD. En præstationsforbedring, der kun øger værdien af hver motor med 1%, vil være 300 mio USD værd, hvis motoren sælges 1000 gange. Hvis denne præstationsforbedring kan genbruges i de næste 10 generationer af motorer, er den værd 3 milliarder USD. Dette enkle eksempel viser dig, at marginalværdien af R & D kan blive virkelig høj meget hurtigt, og at virksomhederne derfor er villige til at kaste en masse penge på disse problemer.

Tilføjelse til andre fremragende svar vil jeg gerne fokusere på forskningen.

Arbejdet med at udvikle og udforske ideer, der ikke bare er i stand til at løse via computermodeller, er enorme .

Som andre svar bemærker, udvikles jetmotorer i forkant med teori og nye ideer såvel som at skubbe på eksisterende.

Konkret typisk eksempel # 1

Antag, at vi mener, at et blæserblad kan gøres stærkere, hvis den “støbes på en måde, så den vokser uden visse krystallinske mangler, eller med en bestemt krystallinsk struktur, som i teorien burde være mulig. Kald det” delta form titanium-carbon krystallinsk matrix “eller” delta-TCCM “for kort. Dette ville tillade 1,7% tyndere og lettere vinger uden tab af styrke eller sikkerhed, eller vinger, der kan køre 1,5% hurtigere uden stigning i stress. Hvis det er korrekt, kan dette være en stor ting som en del af den næste generation af den aktuelle motor.

Problemet er, at det er så langt som en model tager dig. Nu skal du faktisk opnå det pålideligt som et materialevidenskabsproblem. Du skal

• Design en proces til at udvikle delta-TCCM pålideligt i et laboratorium, hvilket kan være en enorm udfordring. Det kan være nødvendigt at udforske flere teknikker, overveje, hvordan de skaleres, deres modtagelighed for mangler og risici. Betingelserne for pålidelig delta-TCCM-produktion med lav fejlhastighed kan være meget præcise og svære at vedligeholde i den tid det tager. Dette kan være et stort problem, langt fra trivielt. Hvis du ikke ønsker, at det skal tage år, er du muligvis nødt til at kaste 600 mennesker bare til delta-TCCM-undersøgelsen for at gøre det fra et koncept til et brugbart materiale med verificerede egenskaber.

• Egenskaberne er muligvis kun noget forudsigelige af teorien. Du skal muligvis tilføje sporingsmængder eller små procesændringer, efter tarmfølelse, for at løse problemerne. Hver af disse er et mini-projekt i sig selv.

• Materialet kan være vanskeligt at forme, når det først er dannet, så du bliver muligvis nødt til at gå tilbage til dit laboratorium for ikke kun at udtænke udstyr til at skabe det pålideligt, men også til at skabe det pålideligt at forme . Perfekt form.

• Du skal skalere op fra laboratorie til industri skala. Betydning, at skabe nok af det til at bekræfte egenskaber og i sidste ende at bygge knive. “s også langt fra trivielt. Industrien er fyldt med ting, der er lette at skabe i små mængder til forskning, men utroligt svære at producere i skala til de samme forhold. Går pålideligt fra 2 mm ² prøver uden påviselige krystallinske / atomstrukturfejl til buede 1.5 m blæserblade uden detekterbare krystallinske / atomstrukturfejl, er nøjagtigt så vanskeligt som det lyder i mange tilfælde.

• Du skal teste og vurdere ti tusinde prøver på tusind måder – isoleret og i tusind scenarier i en motor. Dette er en meget intens proces. Hvad er dets atomstruktur, hvordan fejler den (hvad er dens tilstande for svigt og sikre grænser), hvordan reagerer dens atomstruktur på hundrede tusind kombinationer / slags / mønstre af stressfaktorer, både kort og lang sigt – får tilstrækkelig forståelse af de faktiske egenskaber for at kunne stole på dem for strålesikkerhed. Måske gå tilbage til det grundlæggende, hvis noget ikke er nødvendigt. Når alt kommer til alt, hvis kun en motor svigter og fejlen spores til et grundlæggende problem med materialet, er hele dit omdømme og produktsortiment i fare , og refusion forfalder for hidtil solgt plus retssager. Hele din forretning på $ 500 mia. kan i værste fald bringes i fare.

• Dig kunne også bygge 2 eller 3 hele prototypeproduktionsanlæg (fabrikker) forskellige steder, bare til delta-TCCM, for at bekræfte, at du faktisk kan reproducere din delta-TCCM-kvalitetskontrol pålideligt over tid og i forskellige virksomheder / kilder.

• Ventilatorblade er normalt lavet af en kombination af forskellige materialer. F.eks. bruger GE-9X, i øjeblikket den største turbofanmotor, en kulfiberkomposit med forkanter af stål og bagkanter af glasfiber til beskyttelse mod fugleslag. Bare at lave og forme delta-TCCM er ikke nok, det har også brug for teknikker, der tillad det at være en del af et kompositblad, tæt nok til at bevare sin ensartede struktur under alle spændinger og opvarmnings- / afkølingscyklusser og vibrationer, der er en del af jetbladets levetid. Hvis komponenterne ikke bevæger sig, krymper og udvides sammen, kan klingen til sidst svækkes.

• Hvis det fungerer, skal du muligvis bygge en hel værktøjskæde bare til delta-TCCM. Bearbejdningsværktøj, produktionsværktøj, bladstøbning (måske er de destruktivt støbt, og du har brug for en ny form til alle dele), specialiseret laser eller anden svejsning, udvikling af delta-TCCM-belægninger og klæbemidler, der er i stand til at holde ud i et motormiljø, som alle er deres egne uafhængige projekter. Værkerne.

Og det er bare projektet til at kommercialisere delta-TCCM. $ 20-50 millioner let, uden for toppen (totalt gætteri fra min side, men giver en idé). Du har muligvis 50 eller 200 sådanne projekter i gang, og andre kommer op i dit R & D flow, alt relateret til begreber, du vil udforske for din nye generation af motorer – og alle deres omkostninger skal inddrives ved salg af motoren, når den endelig er færdig.

Konkret eksempel 2:

Rumfærgen måtte modstå intens varme ved genindrejse. Langt mere varme end noget materiale muligvis kan modstå. Ideen nået var enkel: ablation. Belægningen ville brænde væk snarere end smelte og gradvis udsætte lagene nedenunder, men ikke nedbrydes som en helhed.

Oprettelse af materialet var en stor indsats. Der var ikke meget af en teori om sådanne ting, bare et mål om at skabe et sådant materiale. Enorm forskning. Og hver gang, “Godt. Find nu en måde at gøre det samme på, men gør det 20% mindre vægt “.

Kommentarer

• Tilføj dertil prisen på alle de ideer, som lød godt indtil de ramte et tilbageslag i et af de trin, der bare ikke kunne overvinde ‘. Al den tid blev penge & indsats for et skrinlagt projekt og tid til at starte forfra på et nyt.

Ud over de andre svar:

Jetmotorer er ikke kun komplekse, de kører på kanten af, hvad der er fysisk muligt. For eksempel kører moderne jetmotorer ved interne temperaturer, der kan være højere end smeltepunktet for de anvendte metaller.

Når du designer en ny jetmotor, for at den skal få succes på markedet, skal den være bedre end de motorer, der i øjeblikket er tilgængelige: den skal have mere tryk, lavere støjniveau, lavere brændstof forbrug, højere pålidelighed, lavere driftsomkostninger eller en kombination deraf.

Dette betyder, at ethvert design bevæger sig “kanten af, hvad der er fysisk muligt”, dvs. det fremmer den nyeste teknologi. Det er ikke kun et nyt motordesign, du skal udvikle nye materialer, nye konstruktionsmetoder osv. Så skal du bevise, at disse nye udviklinger er sikre at bruge. Det er her omkostningerne går: videnskabelig forskning (som altid bærer risikoen for, at din nye idé ikke fungerer så godt som du havde håbet), udvikling af den nye teknologi til et forbrugerklart niveau og certificering.

Jeg synes, de fleste af svarene adresserer punkterne ret pænt, holdene er enorme og der er meget dyre involveret kit.Jeg tilføjer tre point til:

• Der er risiko involveret, der skal prissættes i. Det er ikke som i Pharma, men ikke alle motorer sælger lige så godt, så du har brug for at styre omkostningerne på tværs af forskellige motorer og design.

• Disse er højt specialiserede maskiner, så sammen med en ny motor udvikler du nyt værktøj, nye måleteknikker og ny software. (Der er mange spin-offs og resulterende fordele ved disse programmer, fx: touch trigger probe )

• Bare for at illustrere materialepunktet og produktionsomkostningerne ville disse motorer være billigere, hvis de er lavet af massivt guld.

Jeg kender tilfældigvis den fyr, der designer profilen til fan for en af de store producenter. Han er bare den akademiske, der bidrager til det design, og det er det eneste problem, han arbejder på. Men det involverede udvikling af ny software til beregning af strømmen.

Problemet handler ikke grundlæggende om jetmotorer, men om at bygge komplekse ting generelt.

Årsagerne er de samme som for at bygge en kompleks software. Der er kun gradvise forskelle.

Spørgsmålet kan ses som ” Hvorfor koster det overraskende meget at skabe komplekse systemer af høj kvalitet? ”

Hovedproblemet er c ompleksitet. Designet af eksisterende jetmotorer er komplekst, og vi ved, at design af et alternativ er et mere komplekst proceskompleks end det. Det samme igen for faktisk at bygge en i serie.

Vi vil skabe en kompleks artefakt, lad os sige det ” ny jetmotor “.

For at gøre dette

har vi brug for et design til det.

Som basis herfor har vi brug for en designspecifikation .

For at bekræfte det er vi nødt til at oprette mindst en forekomst.

I praksis ønsker vi faktisk at være i stand til at oprette flere eksempler til begrænsede omkostninger pr. forekomst.

Det betyder, at vi også er nødt til at oprette flere andre artefakter:

Vi er nødt til at oprette en eller flere prototyper uden at begrænse omkostningerne.

Vi er nødt til at oprette et komplet sæt af værktøjer til at producere flere forekomster af artefakten.

Vi er også nødt til at bygge værktøjer til at teste artefakten.

Vi er nødt til at teste en eller flere prototyper og flere producerede forekomster baseret på designspecifikation.

Vi er nødt til at lave en ekstern organisation til at teste designspecifikationen baseret på certificeringsregler.

Vi skal lave en e x eksterne organisations testforekomster baseret på certificeringsregler.

Vi er nødt til at oprette dokumentation, herunder pålidelige instruktioner til flere varianter af service.

Bemærk, at alt dette er uafhængigt af kompleksiteten i tingen vi ønsker at skabe. Det afhænger ikke engang af, om vi bygger en fysisk artefakt, det gælder lige det samme for at opbygge en simulering af det og producere forekomster ved at integrere det i flysimulering af kunden.

De mange trin er noget kompleks i sig selv. Når trin interagerer, har kompleksiteten en tendens til at formere sig i stedet for at tilføje. For eksempel forårsager en mindre fejl i designspecifikationen mindre ændringer i de fleste trin, og hver af dem har en betydelig overhead. Ændring af en skruestørrelse og styrken af en svejsning kræver praktisk talt den samme indsats som kun at ændre skruestørrelsen, fordi omkostningerne dominerer.

Hvis vi bygger noget komplekst, er der nogle kontra intuitive aspekter med hensyn til af kompleksitet. En vigtig er, at kompleksiteten og indsatsen ved test stiger meget hurtigt for at øge kvalitetskravene. Det skyldes dels, at der er mange flere mindre fejl end større. Det betyder, at mange flere enkeltfejl skal håndteres, hvilket kræver flere prototyper. Omkostningerne til håndtering af en lille fejl er omtrent det samme som for en stor fejl.

For at illustrere effekten af stigende kvalitetskrav skal du overveje at bygge et fly baseret på en plan, der specificerer form og størrelse på dets dele . Sammenlign det med et yderligere krav til den samlede længde med en tolerance på et par centimeter. Nu skal du tage variationen af komponentforbindelser i betragtning, ligesom afstanden af skruer til kanter på dele og også termisk udvidelse af dele. Forfin nu kravene til at specificere længden med en tolerance på nogle millimeter i henhold til en temperaturkurve. Nu skal nogle tests udføres flere gange efter at have fundet ud af, hvor mange gange der er nok. Og forskellene i termisk ekspansion af forskellige materialer og dele fra forskellige leverandører bliver relevante. Du forstår pointen. Og bare hvis det synes irrelevant at bekymre sig om termisk udvidelse: Lockheed SR-71 Blackbird lækkede faktisk brændstof, når det var koldt på jorden, men fløj ikke ved Mach 3,2 og omkring 300 ° C skrogtemperatur, baseret på accepterede grænser for præcision . Concorde blev 17 cm længere under flyvning ved ca. 100 ° C.De havde det sjovt, når de placerede hydrauliske linjer.

Grundlæggende er tilføjelse af individuelle dele meget mere kompliceret end intuitionen ville forvente. Tilføjelse af en del til en jetmotor involverer ikke kun delens stabilitet, men stabilitet og formændring i forhold til varmecykling og bestemmelse af acceptabelt antal cyklusser inden service.

Bemærk, at alt dette bortset fra illustrerende eksempler, har intet at gøre med jetmotorer, ikke engang om vi vil bygge noget fysisk.

De specifikke designelementer til en jetmotor kan findes i andre svar, og et kompleksitetsestimat af dem kan bruges til at udlede alt det, der gøres her.

De eksisterende svar gør et godt stykke arbejde med at besvare, hvorfor jetmotorer er dyre at udvikle: fordi de er så komplicerede. Lad mig prøve at svare, hvorfor er jetmotorer så komplicerede? For at forstå det, er vi nødt til at undersøge økonomien ved jetmotorer, og det kommer ned på brændstofeffektivitet.

Lad os sige, at du handler efter en ny bil, og en bil får 1% bedre gas kilometertal som den anden. Måske 30 mpg og 30.3 mpg. Du siger, de er så tætte, at det næppe betyder noget. Kan lige så godt være identisk, og du begynder at se, hvilken der har det bedre lydsystem eller de mest stilfulde sæder. Men når flyselskaberne handler efter nye fly, er 1% forskel i brændstofeffektivitet ENORM.

Flyselskaberne er store, og flybrændstof er dyrt. Et luftfartsselskab i beskeden størrelse (f.eks. Jet Blue-størrelse) vil bruge $ 1 – 2 milliarder om året alene på flybrændstof. Og når du køber et nyt fly, varer det normalt i 30 år. Så i flådens levetid bruger flyselskabet noget som \ 45 milliarder dollars i brændstof. Hvis en jetmotor er 1% dårligere i brændstofeffektivitet, koster det flyselskabet ~ 450 millioner dollars i løbet af 30 år. Det betyder en procent forskel i brændstofeffektivitet.

Nu er der andre ting, der kan kompensere for det, såsom købsprisen på motoren, serviceomkostningerne og reservedele osv. Så en jetmotor, der er 1% dårligere i brændstof effektivitet kan stadig være konkurrencedygtig generelt, hvis den kompenserer for det på andre områder. Men ud over et par procent er forskellen så stor, at du ikke engang kunne give dem væk.

Så hvad du ender med er denne intense “våbenkappekonkurrence” mellem de store jetmotors OEMS. firma gør deres motor lidt mere kompliceret, således at de kan forbedre brændstofeffektiviteten med en lille brøkdel, og så kæmper alle de andre for at indhente. Dette fortsætter år efter år, motormodel efter motormodel, og inden du ved af hvad startet som en ret simpel maskine har været ekstremt kompliceret og dermed dyr at lave.

Kommentarer

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Milliarder? Citation nødvendig. En lille matematik afviser dette. Et budgetfly, måske 4 flyvninger pr. dag, 150 ppl pr. flyvning, 60 bukke pr. billet. Bruttoindtægten på det er 13,14 millioner om året. kunne nogensinde nærme sig 1 milliard. Mente du 1-2 millioner ?
• @ DrZ214 nej, jeg mente milliarder. Se for eksempel: forretningsinsider. com / … nøglecitat ” … brændstof og relaterede skatter steg til $ 515 millioner i kvartalet “. Så $ 500m / kvartal er 2 milliarder om året. Jet Blue er også bestemt mere end 4 flyrejser om dagen, det ‘ ligner mere på 1000. Måske forveksler du dem med et andet flyselskab?
• Ups, Jeg læste ” passagerfly ” og så det som fly, som i et enkelt plan. Ja, hele passagerflyet kunne have tusinder af fly om dagen. Jeg ‘ lader disse kommentarer være her, hvis andre fejlagtigt læser det.
• @ DrZ214 Jeg citerede det på den måde, fordi luftfartsselskaber ikke ‘ t bare købe en motor ad gangen. Når de træffer en købsbeslutning, forpligter de sig normalt til 10ere, hvis ikke 100ers motorer ad gangen. Så brændstofomkostningerne i en enkelt købsbeslutning er store.

Dette er kun en del af svar, men jeg ville ikke sende det i en kommentar, efter at moderatorerne sagde at holde svarene ude af kommentarerne:

Se på regnskabskonceptet med en “byrdepris.” Det hjælper med at huske, at du ikke bare har brug for 100 ingeniører, der samarbejder. Du har brug for 100 ingeniører i en bygning, der skal holde lyset tændt og varme og / eller klimaanlæg, med portnere og administratorassistenter og alle de andre vidunderlige mennesker, der holder ingeniørerne produktive. Når du indregner alle disse andre forretningsomkostninger, er den timepris, som virksomheden skal betale (i modsætning til hvad ingeniøren modtager) en helt anden.