¿Por qué cuesta miles de millones diseñar nuevos motores a reacción?

Incluso si ignoramos los salarios de todos los involucrados; ingenieros, personal de ventas, administración, equipos de preguntas y respuestas, equipos de fabricación, más personal de ventas y luego algunos ingenieros de repuesto …

Yo no » No entiendo. Si solo se trata de diseñar un motor a reacción, entonces las materias primas no pueden ser un factor importante, incluso si se trata de algo como titanio o compuestos.

Si bien las materias primas por sí solas no son necesariamente costosas, los materiales, así como el mecanizado y procesamiento , pueden ser bastante costosos. Esto puede agravarse aún más si el motor utiliza algún tipo de material nuevo para que aún no existe un método de producción efectivo. Este fue el caso de la producción completa del SR-71 Blackbird que necesitaba descubrir cómo trabajar con titanio antes de construir cualquier cosa . Incluso una vez que se produzcan las piezas a medida para un nuevo motor, la empresa deberá averiguar cómo producir el partes en cantidad suficiente y para producir los motores para el mercado.

¿Cuántos prototipos podría necesitar? Quiero decir, espero que no todo sea prueba y error.

No es todo, pero la FAA puede requerir varios demostraciones donde destruyen el motor y puede apostar que el fabricante lo probará antes de ejecutar cualquier prueba oficial. Una vez superadas las pruebas iniciales, los prototipos voladores deberán construirse y probarse en fuselajes reales que cuestan dinero, utilizando combustible para aviones que cuesta dinero.

La otra cosa es el software de computadora, que pensé que haría las cosas más fáciles y económicas de diseñar. De acuerdo, no puede simplemente ingresar el empuje deseado y presionar un botón, pero seguramente existe un software dinámico fluido decente que puede ayudarlo a diseñar algo mucho más fácil y rápido que antes.

Hace que algunas cosas sean más rápidas, como FEM , y seguramente facilita el enrutamiento complejo, pero como una buena llave inglesa, el software CAD es un herramienta que hace las cosas más rápidas y fáciles. No hace el trabajo por usted.

Comentarios

• Números de costo de combustible para hacer funcionar un motor moderno a varios niveles de potencia durante un día de pruebas puede ser útil para reforzar esta respuesta.- También podría ser útil considerar más los costos como los bienes raíces y los posibles ‘ costos heredados ‘, como pagar a los accionistas o mantener los fondos de pensiones destacar. Los proyectos de motores a reacción no son ‘ t típicamente hechos por un ingeniero solitario ‘ s garaje después de todo … Como dicen, los costos se acumulan y, finalmente, tendrá que pagarle a la gente para que sume esos costos …
• Nunca subestime los costos para crear las herramientas necesarias para crear un producto. Ejemplo no relacionado con la aviación: las herramientas necesarias para fabricar un chip de circuito integrado pueden costar más de un millón de dólares, y eso ‘ s asumiendo que ya posee todo el equipo de fabricación. Cada vez que sus pruebas encuentran una falla que requiere un gran cambio, puede pagar esos costos nuevamente.
• Veo sus ‘ materias primas ‘ y te crío herrería de titanio .
• Aquí hay una enlace genial donde muestra cómo se prueban los motores … ellos ‘ vuelven a probarse en un avión construido para probar motores …
• Vale la pena señalar que debido a que el CAD moderno hace las cosas más rápidas y fáciles, los ingenieros pueden diseñar cosas más complicadas. A menudo no ‘ t terminas gastando menos tiempo diseñando cosas, diseñas cosas que antes no eran ‘ factibles.

Los motores a reacción son algunas de las máquinas más complejas jamás creadas. Deben ser lo más ligeros, eficientes, seguros y fiables posible. Hay una razón por la que la mayoría de los nuevos aviones de pasajeros se han visto afectados recientemente por retrasos de los fabricantes de motores. Este es un equilibrio difícil de diseñar cuando se tiene un cronograma y un presupuesto.

Sin duda, los motores a reacción podrían ser más baratos de desarrollar y comprar. Puede obtenerlos a precios relativamente «asequibles» para aviones con control remoto. Pero el costo ciertamente aumenta con la escala, y el propietario de un avión espera que un motor funcione para miles de horas con un mantenimiento mínimo mientras queman la menor cantidad de combustible posible y no hacen daño a nadie. Cada nueva generación de motores ha sido más eficiente que la anterior, y esas mejoras no son gratuitas.

Si solo se trata de diseñar un motor a reacción, entonces las materias primas no pueden ser un factor importante, incluso si se trata de algo como titanio o compuestos.

No se trata solo de las materias primas, sino del procesamiento involucrado. Los motores modernos llevan los materiales al límite y más allá. Se deben desarrollar tecnologías de fabricación avanzadas.

Supongamos que tiene un nuevo material o proceso que desea utilizar. Puede tomar al menos cientos de miles de dólares solo para desarrollar uno, y un nuevo motor podría incluir muchos de estos. Incluso para una materia prima barata, la cantidad de trabajo requerida para crear artículos de prueba, configurar pruebas, ejecutarlas y documentar el los resultados crecen muy rápidamente. Quiere asegurarse de que comprende cómo funcionará el nuevo material o proceso antes de seguir adelante. Si algo sale mal , cree grandes problemas para sus clientes (fabricantes de aviones y sus clientes).

¿Cuántos ¿Podrías necesitar prototipos? Quiero decir, espero que no todo sea prueba y error.

«Prueba y error» a veces también se llama «ciencia» que es lo que necesitas para desarrollar nuevas tecnologías. Obviamente, a medida que avanzan las pruebas y aumentan los riesgos, le gustaría que la parte de «error» siguiera disminuyendo. Pero la parte de prueba es muy importante para comprender cómo funcionarán las cosas (o no). Esto significa no solo prototipos a gran escala (que pasan por varias iteraciones de diseño, incluso a través de la certificación de aviones), pero también subsistemas y componentes. Y debe realizar suficientes pruebas para tener la confianza estadística de que los resultados se pueden reproducir de manera confiable.

La otra cosa es el software de computadora, que pensé que haría las cosas más fáciles y económicas de diseñar.

Esto es ciertamente cierto y estas tecnologías han disminuido la cantidad de pruebas físicas que deben realizarse. Pero de cualquier manera, le costará dinero.

Con productos como los motores a reacción, mejores herramientas no significa generalmente «qué tan barato este proceso «pero» cuánto más rendimiento podemos obtener por el mismo dinero «.

Entonces, ¿qué lo hace tan caro? ¿Existe algún proceso de certificación muy costoso?

Sí. A la gente le gusta volar en aviones con motores que siguen funcionando y no explotan. Esto significa regulaciones y certificaciones rigurosas.Para la FAA, 14 CFR Parte 33 cubre los requisitos de certificación para motores a reacción, para tratar de que los eventos de falla sean lo más raros posible. Estas son solo algunas de las pruebas requeridas por las regulaciones:

• Vibración
• Par excesivo
• Calibración
• Resistencia
• Sobretemperatura
• Rango de funcionamiento completo
• Pruebas de componentes y sistemas
• Bloqueo del rotor
• Desmontaje completo
• Contención de la pala / desequilibrio del rotor
• Lluvia, granizo e ingestión de aves

Algunas de estas pruebas van a ser destructivas, ya sea por diseño o por accidente. Algunos de ellos requerirán mucho tiempo y esfuerzo. Solo el papeleo relacionado con la comprensión de todos estos requisitos y la documentación a los reguladores de que los ha cumplido fácilmente podría ocupar una buena parte de sus 100 personas.

Quizás alguien pueda explicar el proceso general de diseño de motores a reacción en primer lugar porque estoy seguro de que sería útil. De la forma en que lo imagino, simplemente vas paso a paso y tratas de obtener la forma y el diámetro de cada hoja correctos.

Parece que tienes lo básico idea. Pero la ingeniería se trata del diablo en los detalles.

Primero, los motores modernos podrían tener 20 o más etapas, unidas a 2 o 3 carretes separados. Los ingenieros deben decidir el número óptimo de etapas y carretes para el diseño del motor. Esto significa analizar muchas configuraciones diferentes, la complejidad tiende a aumentar exponencialmente, ya que cada etapa afecta al resto del sistema.

Sí, el proceso es relativamente simple si se le dan condiciones estáticas para analizar. Por supuesto que Es importante optimizar el consumo de combustible en crucero. Pero el motor todavía tiene que funcionar en una amplia gama de condiciones. Luego están las condiciones dinámicas de aceleración y desaceleración. El motor tiene que arrancar y ser estable tanto con viento cruzado como con viento de cola. Tiene que poder comenzar en el suelo o en el aire después de que se enfríe mucho. Pueden suceder cosas extrañas a medida que las cosas se expanden y contraen con la temperatura.

Si «está viendo un análisis simple de cómo cambio de presión y temperatura a través de un motor a reacción, probablemente haya muchas manos agitando sobre un escenario llamado» combustor «donde mágicamente obtienes un aumento de temperatura. El proceso de quemar el combustible en las condiciones extremas de un motor a reacción es extremadamente complejo. El aire que fluye en la parte delantera debe comprimirse y luego reducirse lo suficiente para no apagar la llama. La llama debe estar contenida en la sección de combustión durante todo el funcionamiento y no sobrecalentar las etapas de la turbina detrás de ella.

Las temperaturas y presiones más altas proporcionan una mejor eficiencia, pero los materiales se llevan a sus límites. Se deben perfeccionar las nuevas superaleaciones y técnicas de fabricación para crear materiales capaces de soportar temperaturas extremas mientras giran a miles de RPM. Tienen que hacer pequeños orificios y pasajes en las palas para expulsar el aire de refrigeración que cubre la superficie de la pala para que no entre en contacto directo con el aire extremadamente caliente de la turbina.

Entonces también tienes mecánicos la energía se extrae mediante un generador y la energía neumática se extrae para el sistema de purga de aire de la aeronave. El motor tiene que ser capaz de hacer frente a las diferentes demandas de estos sistemas.

También existe el problema de que varios carretes giran y miles de RPM y no causan demasiado calor por fricción ni se desgastan prematuramente. Los ingenieros necesitan para comprender las temperaturas, la aerodinámica y el esfuerzo de rotación en cada parte, a través de todo el rango de operación del motor, y cómo afecta al resto del motor.

Y no es suficiente para obtener algo eso funciona. Alguien siempre se preguntará: «¿Cómo podemos hacer esto más eficiente?» Los motores modernos están haciendo muchos trucos diferentes para exprimir toda la eficiencia que pueden. El aire se purga y las paletas se pueden ajustar para que el motor sea estable en todas las condiciones de funcionamiento. Se desarrollan nuevos conceptos y tecnologías. Los turbofan modernos tienen el problema de una turbina de baja presión en la parte trasera que necesita girar lo más rápido posible para ser eficiente conectada a un ventilador en la parte delantera que necesita girar mucho más lento para ser eficiente. Para el ejemplo de Pratt & Whitney que da, su solución fue una caja de cambios para permitir que los dos giren a diferentes velocidades. Este fue un desafío muy difícil que les tomó décadas para finalmente obtener un producto final.

Toda esta complejidad debe ser manejada por software que supervisa una serie de sensores en todo el motor y ajusta continuamente los numerosos parámetros para mantener un funcionamiento estable y eficiente. Este software debe ejecutarse en computadoras que funcionarán en una amplia gama de temperaturas y bajo vibración constante.

También debe tener en cuenta cómo se fabricarán y luego se ensamblarán todas estas miles de piezas, y luego se mantendrán durante la vida útil del motor. Necesita gente que planifique para asegurarse de que un mecánico tendrá acceso a los componentes correctos con las herramientas que necesita, y qué procesos deben seguirse para ensamblar y desensamblar las distintas partes.

Luego también hay efectos colaterales como el ruido y la contaminación. Habrá ingenieros encargados de comprender cómo se generan y cómo se pueden reducir a niveles aceptables con el menor costo posible.

Esto es solo una descripción general de las muchas áreas involucradas en el diseño de un motor a reacción. Ciertamente hay más, y cada detalle aquí podría requerir fácilmente que un equipo especializado trabaje en él.

Comentarios

• Naturalmente, calculé que necesitamos alrededor de 1,000 de esas 50 libras impulsan motores RC (5,000 $ cada uno) para hacer volar un A320. 🙂
• @PerlDuck ¿Ha incluido en ese cálculo el mayor consumo de combustible de los motores, el peso adicional de los motores y el combustible adicional, y el mayor consumo de combustible debido a ese peso adicional, y el peso adicional de ese combustible y el mayor consumo de combustible debido a ese peso adicional …?
• Esta es una excelente descripción general de las complejidades de un ‘ jet moderno ‘ motor pero no ‘ vi nada que mostrara cómo todo sumaba US $ 10B. Estimar la cantidad de personas necesarias para las especificaciones, diseño y rediseño, prueba, instalaciones, etc. ayudaría a esta respuesta (para mí).
• @Alexander Por supuesto que no. Fue simplemente una broma. Solo tenía curiosidad por saber cuántos de esos pequeños necesitaríamos. Me hizo pensar en una mosca con sus miles de ojos diminutos en comparación con otros animales con solo dos más grandes.
• @CramerTV, ¿número de personas involucradas? Lotes. Por ejemplo, si ‘ utiliza una nueva superaleación, debe cuantificar las propiedades del material: un técnico de pruebas mecánicas para medir la resistencia, dureza, tenacidad, etc. , un químico para confirmar la composición, un maquinista para convertir metal a granel en muestras de prueba y un supervisor de laboratorio para coordinar las cosas. Eso ‘ es cuatro personas para solo un aspecto de una parte del diseño de un motor a reacción.

La última vez que verifiqué, la mayoría de los científicos e ingenieros no ganan salarios millonarios. Creo que son más de 100 a 250 000 como máximo. Incluso si tuviera 100 de ellos trabajando durante 10 años, eso sería 250 millones, o un cuarto de billón de dólares.

Los sueldos en la industria aeroespacial promedian menos de 100k, no es TI, pero no son el problema.

Puede desarrollar un motor a reacción experimental básico con 100 ingenieros científicos. La cuestión es que no se puede diseñar y construir un motor turboventilador de producción masiva con un equipo así.
Se puede con 1.000. Pero las aerolíneas y las autoridades quieren que sea confiable, y usted «no puede construir un confiable turbofan de alto bypass con solo 1,000. Eso requiere miles debido a lo minuciosamente que todo tiene que ser validado y verificado dos veces.

Construyendo un avión competitivo El motor es aún más difícil. Sería casi realista hoy con 10,000 empleados, pero sigue siendo una hazaña. El trabajo no es solo el diseño de piezas del motor, la mayor parte del trabajo duro consiste en probar cientos de materiales en R & D, diseño de máquinas, desarrollo de tecnología, desarrollo de QM y QC. Todas las cosas que contribuyen a producir buenos motores y luego producirlos de manera eficiente.

Saturn, uno de los constructores de motores a reacción más pequeños de la actualidad, tiene ~ 23,000 empleados.
Pratt & Whitney, el más pequeño de los tres grandes en Occidente, tiene ~ 40.000.
Rolls-Royce, que fabrica principalmente motores aeroespaciales (la marca de automóviles se vendió hace mucho tiempo) tiene ~ 50.000 empleados.
También ~ 50.000 para GE Aviation, con otros 200.000 en General Electric en general.

No todos son ingenieros y científicos, pero más de la mitad del personal de estas industrias de alta tecnología se dedica a la investigación, el diseño, trabajos de ingeniería, administración y otros que contribuyen al costo del diseño.

El equipo de diseño real para un motor a reacción moderno será de menos de 1,000 personas. Pero eso es solo la gente que hace el trabajo de alto nivel, los diagramas de flujo, los cálculos de FEA, los modelos de diseño. Ellos dependerán de miles para que les proporcionen los datos. A partir de sus modelos, miles más producirán dibujos detallados y programas CNC para cada pieza individual. Luego, para cada parte individual, se debe desarrollar un programa de CC separado.

No puede simplemente copiar y pegar desde dibujos de diseño a programas de CNC. Tampoco puede copiar y pegar desde esos a programas de máquinas de medición para QC.Las bases de medición son diferentes, por lo que las tolerancias son diferentes, es un nivel de detalle diferente. Comete ese error solo una vez. Para una parte pequeña y no especialmente crítica, y las consecuencias puede ser notable .

Todas las respuestas son muy buenas ya que detallan los costos potenciales, pero dejemos Yo doy un ángulo diferente para considerar este tipo de preguntas. En un entorno altamente competitivo, las empresas invertirán tanto dinero en un problema como valga la pena para que se resuelva. En términos económicos: «el costo marginal es igual a la ganancia marginal» .

Al diseñar un nuevo motor, uno comienza con todos los cambios que brindan una gran mejora del rendimiento a un bajo costo. Con el tiempo, esos cambios «triviales» se exploran y si hay suficientes «ganancia» del ataque continuo al problema, se atacarán cambios más complicados con ganancias esperadas más pequeñas.

Ahora, piense en qué tan alta es la ganancia de una impr. El movimiento de un motor es: Durante miles de horas, ¿cuánto combustible se está ahorrando? ¿Cuál es el futuro valor de mercado esperado de ese combustible en un mundo con una escasez cada vez mayor y los impuestos al co2 esperados?

Ahora, considere que implementará este nuevo motor no en un solo avión, sino en una gran flota de cientos, quizás miles de aviones. Cualquier mejora que realice en el motor tiene tal un gran valor de mercado. Por último, tenga en cuenta que muchas mejoras de la próxima generación de motores se pueden trasladar a nuevos desarrollos más adelante, algo que se conoce como «estar en el hombro de los gigantes».

Un ejemplo Tomemos un motor que cuesta alrededor de 30 millones de dólares. Una mejora del rendimiento que aumente el valor de cada motor en solo un 1% valdrá 300 millones de dólares si ese motor se vende 1000 veces. Si esa mejora del rendimiento se puede reutilizar en las próximas 10 generaciones de motores, vale 3 mil millones de dólares. Este simple ejemplo le muestra que el valor marginal de R & D puede llegar a ser muy alto muy rápidamente y que, por lo tanto, las empresas están dispuestas a invertir mucho dinero en estos problemas.

Además de otras excelentes respuestas, me gustaría centrarme en la naturaleza de la investigación.

El trabajo involucrado en el desarrollo y la exploración de ideas que no solo se pueden resolver a través de modelos de computadora, es enorme .

Como señalan otras respuestas, los motores a reacción se desarrollan a la vanguardia de la teoría y las nuevas ideas, además de impulsar las existentes.

Ejemplo típico de concreto # 1

Supongamos que creemos que una paleta de ventilador puede hacerse más fuerte si se moldea de manera que crezca sin ciertos defectos cristalinos, o con una cierta estructura cristalina que en teoría debería ser posible. Llámelo «matriz cristalina de titanio-carbono en forma delta» o «delta-TCCM «para abreviar. Esto permitiría hojas un 1,7% más delgadas y ligeras, sin pérdida de resistencia o seguridad, o hojas que pueden funcionar un 1,5% más rápido sin aumentar el estrés. Si es correcto, esto podría ser un gran problema como parte de la próxima generación de el motor actual.

El problema es que eso es hasta donde te lleva un modelo. Ahora necesita lograrlo de manera confiable como un problema de ciencia de materiales. Necesita

• Diseñar un proceso para desarrollar delta-TCCM de manera confiable en un laboratorio, lo que puede ser un gran desafío. Es posible que deba explorar varias técnicas, considerar cómo se escalan, su susceptibilidad a fallas y riesgos. Las condiciones para una producción confiable de delta-TCCM de baja tasa de fallas pueden ser muy precisas y difíciles de mantener durante el tiempo que se necesita. Esto puede ser un problema enorme , lejos de ser trivial. Si no quiere que tarde años, es posible que deba enviar a 600 personas solo a la investigación delta-TCCM, para convertirlo de un concepto en un material utilizable con propiedades verificadas.

• Es posible que las propiedades solo sean algo predecibles por teoría. Es posible que deba agregar trazas o pequeños cambios en el proceso, en la intuición, para resolver los problemas. Cada uno de estos es un mini proyecto en sí mismo.

• El material puede ser difícil de dar forma una vez formado, por lo que es posible que deba volver a su laboratorio no solo para diseñar el equipo para crearlo de manera confiable, sino también para crearlo de manera confiable para darle forma . Forma perfecta.

• Necesita escalar desde el laboratorio hasta la escala industrial. Es decir, crear suficiente para confirmar las propiedades y, en última instancia, construir hojas. Eso También está lejos de ser trivial. La industria está plagada de cosas que son fáciles de crear en pequeñas cantidades para la investigación, pero increíblemente difíciles de producir a escala en las mismas condiciones. Pasando de forma fiable de muestras de 2 mm ² sin defectos detectables de estructura cristalina / atómica, a curvas 1.Aspas de ventilador de 5 m sin defectos detectables de estructura cristalina / atómica, es exactamente tan difícil como parece en muchos casos.

• Necesita probar y evaluar diez mil muestras de mil maneras – de forma aislada y en mil escenarios en un motor. Este es un proceso muy intenso. ¿Cuál es su estructura atómica, cómo falla (cuáles son sus modos de falla y límites seguros), cómo responde su estructura atómica a cien mil combinaciones / tipos / patrones de factores estresantes, tanto a corto como a largo plazo, obteniendo suficiente comprensión de las propiedades reales para poder confiar en ellos para la seguridad del jet. Quizás vuelva a lo básico si algo no es tan necesario. Después de todo, si solo falla un motor y la falla se debe a un problema fundamental con el material, toda su reputación y gama de productos están en riesgo. , y se realizarán reembolsos por cualquier venta hasta el momento, más el litigio. Todo su negocio de $ 500 mil millones podría estar en riesgo, en ese sentido, en el peor de los casos.

• Usted También podría construir 2 o 3 plantas de producción prototipo completas (fábricas) en diferentes ubicaciones, solo para delta-TCCM, para confirmar que de hecho puede reproducir su control de calidad delta-TCCM confiablemente a lo largo del tiempo y en diferentes establecimientos / fuentes.

• Las aspas del ventilador suelen estar hechas de una combinación de diferentes materiales. Por ejemplo, el GE-9X, actualmente el motor turbofan más grande fabricado, utiliza un compuesto de fibra de carbono con bordes de ataque de acero y bordes de salida de fibra de vidrio para protección contra choques de aves. Simplemente hacer y dar forma a delta-TCCM no es suficiente, también necesita técnicas que sean confiables Permita que forme parte de una pala compuesta, lo suficientemente apretada para retener su estructura unificada bajo todas las tensiones, ciclos de calentamiento / enfriamiento y vibraciones que son parte de la vida de la pala del jet. Si los componentes no se mueven, encogen y expanden juntos, la hoja puede eventualmente debilitarse.

• Si funciona, es posible que deba construir una cadena de herramientas completa solo para delta-TCCM. Herramientas de mecanizado, herramientas de producción, moldes de cuchillas (tal vez «se moldean de manera destructiva y necesita un nuevo molde para cada pieza), láser especializado u otra soldadura, desarrollo de revestimientos y adhesivos delta-TCCM capaces de de aguantar en un entorno de motor, que son todos sus propios proyectos independientes. Las obras.

Y ese es solo el proyecto para comercializar delta-TCCM. $ 20-50 millones fácilmente, fuera de la cima (conjeturas totales de mi parte, pero da un idea). Es posible que tenga 50 o 200 proyectos de este tipo en progreso y otros en camino en su flujo de R & D, todos relacionados con conceptos que va a explorar para su nueva generación de motores, y todos sus costos deben ser recuperados por las ventas del motor cuando finalmente esté completo.

Ejemplo concreto 2:

El transbordador espacial tuvo que resistir el calor intenso al volver a entrar. Mucho más calor del que podría soportar cualquier material. La idea alcanzada fue sencilla: ablación. El recubrimiento se quemaría en lugar de derretirse, exponiendo gradualmente las capas inferiores, pero no degradándose en su totalidad.

Crear el material fue un gran esfuerzo. No había mucha teoría sobre tales cosas, solo un objetivo para crear tal material. Una investigación enorme. Y cada vez, «Bien. Ahora encuentre una manera de hacer lo mismo pero con un 20% menos de peso «.

Comentarios

• Agregue a eso el costo de todas las ideas que sonaba genial hasta que sufrieron un revés en uno de esos pasos que simplemente no pudieron ‘ superar. Todo ese tiempo, dinero & esfuerzo por un proyecto archivado y tiempo para empezar de nuevo en uno nuevo.

Además de las otras respuestas:

Los motores a reacción no solo son complejos, operan al borde de lo que es físicamente posible. Por ejemplo, los motores a reacción modernos funcionan a temperaturas internas que pueden ser más altas que el punto de fusión de los metales utilizados.

Cuando se diseña un nuevo motor a reacción, para que tenga éxito en el mercado, tiene que ser mejor que los motores disponibles actualmente: tiene que tener más empuje, niveles de ruido más bajos, menos combustible consumo, mayor fiabilidad, menores costes de funcionamiento o una combinación de los mismos.

Esto significa que cada diseño se mueve «al borde de lo» físicamente posible «, es decir, avanza el estado del arte. No es solo un nuevo diseño de motor, hay que desarrollar nuevos materiales, nuevos métodos de construcción, etc. Luego, debe demostrar que estos nuevos desarrollos suyos son seguros de usar. Aquí es donde va el costo: investigación científica (que siempre conlleva el riesgo de que su nueva idea no funcione tan bien como esperaba), desarrollo de la nueva tecnología a un nivel listo para el consumidor y certificación.

Creo que la mayoría de las respuestas abordan los puntos bastante bien, los equipos son enormes y hay muchos costos kit involucrado.Agregaría tres puntos más:

• Existe un riesgo involucrado que debe fijarse en el precio. No es como en Pharma, pero no todos los motores se venden igual de bien, por lo que Necesita administrar los costos en diferentes motores y diseños.

• Se trata de máquinas altamente especializadas, por lo que junto con un nuevo motor podrá desarrollar nuevas herramientas, nuevas técnicas de medición y nuevo software. (Hay muchos beneficios derivados de estos programas, por ejemplo: sonda de activación por contacto )

• Solo para ilustrar el punto de los materiales y los costos de fabricación, estos motores serían más baratos si estuvieran hechos de oro macizo.

Conozco al tipo que diseña el perfil para el ventilador de uno de los grandes fabricantes. Él es solo el académico que contribuye a ese diseño, y ese es el único problema en el que trabaja. Pero eso implicó el desarrollo de un nuevo software para calcular el flujo.

El problema no es fundamentalmente sobre los motores a reacción, sino sobre la construcción de cosas complejas en general.

Las razones son las mismas que para construir un software complejo. Solo hay diferencias graduales.

La pregunta puede verse como » ¿Por qué cuesta sorprendentemente mucho crear sistemas complejos de alta calidad? »

El problema principal es c omplejidad. El diseño de los motores a reacción existentes es complejo y sabemos que diseñar una alternativa es un proceso más complejo que eso. Lo mismo de nuevo para construir uno en serie.

Queremos crear un artefacto complejo, llamémoslo » nuevo motor a reacción «.

Para hacer esto,

necesitamos un diseño para ello.

Como base de eso, necesitamos una especificación de diseño .

Para verificarlo, necesitamos crear al menos una instancia.

En la práctica, queremos poder crear varios ejemplos por un costo limitado por instancia.

Eso significa que también necesitamos crear muchos otros artefactos:

Necesitamos crear uno o más prototipos sin limitar el costo.

Necesitamos crear un conjunto completo de herramientas para producir múltiples instancias del artefacto.

También necesitamos construir herramientas para probar el artefacto.

Necesitamos probar uno o más prototipos, y múltiples instancias producidas basadas en el especificación de diseño.

Necesitamos hacer que una organización externa pruebe la especificación de diseño en función de las reglas de certificación.

Necesitamos hacer una e Instancias de prueba de organizaciones externas basadas en reglas de certificación.

Necesitamos crear documentación, incluidas instrucciones confiables para múltiples variantes de servicio.

Tenga en cuenta que todo esto es independiente de la complejidad del asunto. que queremos crear. Ni siquiera depende de si construimos un artefacto físico, se aplica de la misma manera para construir una simulación del mismo, produciendo instancias integrándolo en la simulación de avión del cliente.

Muchos de los pasos son algo complejo en sí mismo. Cuando los pasos interactúan, la complejidad tiende a multiplicarse en lugar de sumarse. Por ejemplo, un error menor en la especificación de diseño provoca cambios menores en la mayoría de los pasos y cada uno de ellos tiene una sobrecarga significativa. Cambiar el tamaño de un tornillo y la fuerza de una soldadura requiere prácticamente el mismo esfuerzo que solo cambiar el tamaño del tornillo, porque los gastos generales dominan.

Si estamos construyendo algo complejo, hay algunos aspectos contraintuitivos en términos de complejidad. Uno importante es que la complejidad y el esfuerzo de las pruebas aumentan muy rápidamente para aumentar los requisitos de calidad. Eso se debe en parte a que hay muchos más errores pequeños que grandes. Significa que se deben manejar muchos más errores individuales, lo que requiere más prototipos. La sobrecarga para manejar un error pequeño es aproximadamente la misma que para un error grande.

Para ilustrar el efecto de aumentar los requisitos de calidad, piense en construir un avión según un plan que especifique la forma y el tamaño de sus partes. . Compare eso con un requisito adicional de la longitud total con una tolerancia de unos pocos centímetros. Ahora, debe tener en cuenta la variación de las conexiones de los componentes, como la distancia de los tornillos a los bordes de las piezas, y también la expansión térmica de las piezas. Ahora, refine los requisitos para especificar la longitud con una tolerancia de algunos milímetros según una curva de temperatura. Ahora, algunas pruebas deben realizarse varias veces, después de averiguar cuántas veces son suficientes. Y las diferencias en la expansión térmica de diferentes materiales y piezas de diferentes proveedores se vuelven relevantes. Tú entiendes. Y por si acaso parece irrelevante preocuparse por la expansión térmica: el Lockheed SR-71 Blackbird en realidad goteó combustible cuando estaba frío en el suelo, pero no cuando volaba a Mach 3.2 y una temperatura de casco de aproximadamente 300 ° C, según los límites aceptados de precisión. . El Concorde se alargó 17 cm en vuelo a unos 100 ° C.Se divirtieron mucho al colocar líneas hidráulicas.

Básicamente, agregar piezas individuales es mucho más complejo de lo que la intuición esperaría. Agregar una pieza a un motor a reacción no solo implica la estabilidad de la pieza, sino también la estabilidad y el cambio de forma durante el ciclo de calor, y la determinación del número aceptable de ciclos antes del servicio.

Tenga en cuenta que todo esto, aparte de ilustrando ejemplos, no tiene nada que ver con los motores a reacción, ni siquiera si queremos construir algo físico.

Los elementos de diseño específicos para un motor a reacción se pueden encontrar en otras respuestas, y una estimación de la complejidad de ellos puede para derivar el esfuerzo total aquí.

Las respuestas existentes hacen un gran trabajo al responder por qué los motores a reacción son costosos de desarrollar: porque son muy complicados. Déjeme intentar responder, ¿por qué los motores a reacción son tan complicados? Para entender eso, tenemos que examinar la economía de los motores a reacción y todo se reduce a la eficiencia del combustible.

Digamos que va a comprar un automóvil nuevo y un automóvil obtiene un 1% más de combustible kilometraje que el otro. Tal vez 30 mpg y 30,3 mpg. Dirías que están tan cerca que apenas importa. Bien podría ser idéntico y empezar a ver cuál tiene el mejor sistema de sonido o los asientos más elegantes. Pero cuando las aerolíneas van a comprar aviones nuevos, la eficiencia del combustible del 1% es ENORME.

Las aerolíneas son grandes y el combustible para aviones es caro. Una aerolínea de tamaño modesto (por ejemplo, Jet Blue) gastará entre $ 1 y 2 mil millones por año solo en combustible para aviones. Y, cuando compra un avión nuevo, generalmente durará 30 años. Entonces, durante la vida útil de la flota, la aerolínea está gastando alrededor de $ 45 mil millones en combustible. Si un motor a reacción es un 1% peor en eficiencia de combustible, eso le costará a la aerolínea ~ $ 450 millones en 30 años. Eso es por una diferencia de uno por ciento en la eficiencia de combustible.

Ahora hay otras cosas que podrían compensar eso, como el precio de compra del motor, el costo del servicio y las piezas de repuesto, etc. Entonces, un motor a reacción que es un 1% peor en combustible la eficiencia podría seguir siendo competitiva en general si la compensa en otras áreas. Pero más allá de un pequeño porcentaje, la diferencia es tan grande que ni siquiera podría regalarlos.

Entonces, lo que termina es esta intensa competencia de «carrera armamentista» entre los principales OEM de motores a reacción. Uno La empresa hace que su motor sea un poco más complicado, de modo que pueden mejorar la eficiencia del combustible en una pequeña fracción, y luego todos los demás corren para ponerse al día. Esto continúa año tras año, modelo de motor tras modelo de motor, y antes de que te des cuenta, ¿qué comenzó como una máquina bastante simple ha sido extremadamente complicado y, por lo tanto, costoso de hacer.

Comentarios

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Billion? Se necesita una cita. Un poco de matemática refuta esto. Un avión económico, tal vez 4 vuelos por día, 150 personas por vuelo, 60 dólares por boleto. Los ingresos brutos de eso son 13.14 millones por año. De ninguna manera podría acercarse a los mil millones. ¿Quisiste decir entre 1 y 2 millones ?
• @ DrZ214 no, quise decir mil millones. Consulta, por ejemplo: businessinsider. com / … key quote » … el combustible y los impuestos relacionados aumentaron a \ $ 515 millones para el trimestre «. Entonces \ $ 500 millones / trimestre son 2 mil millones por año. Además, Jet Blue tiene definitivamente más de 4 vuelos por día, ‘ es más como 1000. ¿Quizás los confunde con otra aerolínea?
• Vaya, Leí » avión de pasajeros » y lo vi como un avión, como en un solo avión. Sí, todo el avión de pasajeros podría tener miles de vuelos por día. ‘ dejaré estos comentarios aquí en caso de que otros lo lean mal.
• @ DrZ214 Lo cité de esa manera porque las aerolíneas no ‘ t solo compre un motor a la vez. Cuando toman una decisión de compra, por lo general se comprometen con 10, si no 100, de motores a la vez. Por lo tanto, los costos de combustible involucrados en una sola decisión de compra son grandes.

Esto es solo una parte del respuesta, pero no quería publicarlo en un comentario después de que los moderadores dijeron que mantuviera las respuestas fuera de los comentarios:

Mire el concepto de contabilidad de un «tasa de carga». Es útil recordar que no solo es necesario que colaboren 100 ingenieros. Necesita 100 ingenieros en un edificio que tiene que mantener las luces encendidas y la calefacción y / o el aire acondicionado, con conserjes y asistentes administrativos, y todas las demás personas maravillosas que mantienen productivos a los ingenieros. Cuando se toman en cuenta todos estos otros costos comerciales, la tarifa por hora que la empresa tiene que pagar (a diferencia de lo que recibe el ingeniero) es bastante diferente.