Pourquoi les nouveaux moteurs à réaction coûtent-ils des milliards à la conception?

Même si nous ignorons les salaires de toutes les personnes impliquées; ingénieurs, commerciaux, direction, équipes Q / R, équipes de fabrication, plus de commerciaux, puis quelques ingénieurs de rechange …

I don  » Si cest juste la conception dun moteur à réaction, les matières premières ne peuvent pas être un facteur majeur, même sil sagit de quelque chose comme le titane ou les composites.

Bien que les matières premières seules ne soient pas nécessairement coûteuses, les matériaux, ainsi que lusinage et le traitement , peuvent être assez coûteux. Cela peut être aggravé si le moteur utilise un nouveau matériau pour pour laquelle il nexiste pas encore de méthode de production efficace. Cétait le cas pour toute production du SR-71 Blackbird qui nécessaire pour comprendre comment travailler avec du titane avant de construire quoi que ce soit . Même une fois que les pièces sur mesure sont produites pour un nouveau moteur, lentreprise devra alors trouver comment produire le pièces en quantité suffisante y pour produire les moteurs destinés au marché.

De combien de prototypes pourriez-vous avoir besoin? Jespère que ce ne sont pas tous des essais et des erreurs.

Ce nest pas le cas, mais la FAA peut exiger divers des démonstrations où ils détruisent le moteur et vous pouvez parier que le constructeur va essayer cela avant dexécuter des tests officiels. Une fois les tests initiaux réussis, les prototypes de vol devront être construits et testés sur des cellules réelles qui coûtent de largent, en utilisant du carburéacteur qui coûte de largent.

Lautre chose est le logiciel informatique, qui, selon moi, rendrait les choses plus faciles et moins coûteuses à concevoir. Certes, vous ne pouvez pas simplement entrer la poussée désirée et appuyer sur un bouton, mais il existe sûrement un logiciel de dynamique fluide décent qui peut vous aider à concevoir quelque chose de beaucoup plus facile et plus rapide quauparavant.

Cela accélère certaines choses, comme FEM , et facilite sûrement le routage complexe, mais comme une bonne clé à molette, un logiciel de CAO est un outil qui rend les choses plus rapides et plus faciles. Il ne fait pas le travail pour vous.

Commentaires

• Chiffres pour le coût du carburant pour faire fonctionner un moteur moderne à différents niveaux de puissance pendant une journée de test peut être utile pour renforcer cette réponse.- Un examen plus approfondi des coûts tels que limmobilier et des ‘ coûts hérités potentiels ‘ tels que le paiement des actionnaires ou le maintien des fonds de pension pourrait être utile pour mettre en évidence. Les projets de moteurs à réaction ne sont généralement pas ‘ réalisés par un ingénieur seul ‘ s garage après tout … Comme on dit, les coûts s’additionnent , et ensuite vous devez finalement payer des gens pour additionner ces coûts …
• Ne sous-estimez jamais les coûts de création des outils nécessaires à la création dun produit. Exemple non aéronautique: loutillage nécessaire à la fabrication dune puce de circuit intégré peut coûter plus dun million de dollars, et cela ‘ en supposant que vous possédez déjà tout léquipement de fabrication. Chaque fois que vos tests trouvent une faille qui nécessite un changement important, vous payez à nouveau ces coûts.
• Je vois vos ‘ matières premières ‘ et je vous élève forge de titane .
• Voici un lien sympa où il montre comment les moteurs sont testés … ils ‘ re-testés sur un avion construit pour tester les moteurs …
• Il convient de noter que, parce que la CAO moderne rend les choses plus rapides et plus faciles, les ingénieurs sont capables de concevoir des choses plus compliquées. Souvent, ‘ ne passez pas moins de temps à concevoir des choses, vous concevez des choses qui nétaient ‘ pas réalisables auparavant.

Les moteurs à réaction sont parmi les machines les plus complexes jamais créées. Ils doivent être aussi légers, efficaces, sûrs et fiables que possible. Il y a une raison pour laquelle la plupart des nouveaux avions de ligne ont récemment été affectés par des retards de la part des fabricants de moteurs. Il sagit dun équilibre difficile à concevoir lorsque le calendrier et le budget sont respectés.

Les moteurs à réaction pourraient certainement être moins chers à développer et à acheter. Vous pouvez les obtenir à des prix relativement « abordables » pour les avions télécommandés. Mais le coût augmente certainement avec l’échelle, et un propriétaire d’aéronef s’attend à ce qu’un moteur fonctionne pour des milliers de heures avec un minimum dentretien tout en consommant le moins de carburant possible et en ne blessant personne. Chaque nouvelle génération de moteurs a été plus efficace que la précédente, et ces améliorations ne sont pas gratuites.

Sil sagit simplement de concevoir un moteur à réaction, les matières premières ne peuvent pas être un facteur majeur, même sil sagit de quelque chose comme du titane ou des composites.

Ce ne sont pas seulement les matières premières, mais le traitement impliqué. Les moteurs modernes poussent les matériaux à leurs limites et au-delà. Des technologies de fabrication avancées doivent être développées.

Supposons que vous ayez un nouveau matériau ou processus que vous souhaitez utiliser. Cela peut facilement Il faut au moins des centaines de milliers de dollars pour en développer un, et un nouveau moteur pourrait en inclure beaucoup. Même pour une matière première bon marché, la quantité de travail requise pour créer des articles de test, mettre en place des tests, les exécuter et documenter les les résultats se développent très rapidement. Vous voulez être sûr de comprendre comment le nouveau matériau ou processus fonctionnera avant daller de lavant. Si les choses tournent mal , vous créez gros problèmes pour vos clients (avionneurs et clients).

Combien des prototypes dont vous pourriez avoir besoin? Jespère que ce ne sont pas tous des essais et des erreurs.

«Essai et erreur» est parfois aussi appelé «science» cest ce dont vous avez besoin pour développer de nouvelles technologies. De toute évidence, au fur et à mesure que les tests progressent et que les risques augmentent, vous aimeriez que la partie « erreur » continue de diminuer. Mais la partie dessai est très importante pour comprendre comment les choses fonctionneront réellement (ou non). Cela ne signifie pas seulement des prototypes à grande échelle (ce qui passer par plusieurs itérations de conception, même par la certification des avions) mais aussi des sous-systèmes et des composants. Et vous devez faire suffisamment de tests pour avoir la certitude statistique que les résultats peuvent être reproduits de manière fiable.

Lautre chose est le logiciel informatique, qui, selon moi, rendrait les choses plus faciles et moins chères à concevoir.

Cest certainement vrai et ces technologies ont réduit le nombre de tests physiques à effectuer. Mais dans tous les cas, cela vous coûtera de l’argent.

Avec des produits comme les moteurs à réaction, de meilleurs outils ne signifient généralement pas «à quel point pouvons-nous faire bon marché ce processus « mais » combien de performances supplémentaires pouvons-nous obtenir pour le même prix. « 

Alors, quest-ce qui le rend si cher? Existe-t-il un processus de certification très coûteux?

Oui. Les gens aiment voler dans des avions avec des moteurs qui continuent de fonctionner et nexplosent pas. Cela signifie des réglementations et une certification rigoureuses.Pour la FAA, 14 CFR Part 33 couvre les exigences de certification des moteurs à réaction, afin dessayer de rendre les événements de panne aussi rares que possible. Voici quelques-uns des tests requis par la réglementation:

• Vibration
• Surcouple
• Calibration
• Endurance
• Surchauffe
• Plage de fonctionnement complète
• Tests du système et des composants
• Verrouillage du rotor
• Démontage complet
• Confinement des pales / déséquilibre du rotor
• Pluie, grêle et ingestion doiseaux

Certains de ces tests vont être destructeurs, que ce soit par conception ou par accident. Certains dentre eux demanderont beaucoup de temps et defforts. Le simple fait de comprendre toutes ces exigences et de documenter aux régulateurs que vous les avez satisfaites pourrait facilement prendre une bonne partie de vos 100 employés.

Peut-être que quelquun peut expliquer le processus général de conception des moteurs à réaction en premier lieu parce que je suis sûr que ce serait utile. Comme je limagine, il suffit de passer par étape et dessayer dobtenir la forme et le diamètre de chaque lame.

On dirait que vous avez la base idée. Mais lingénierie concerne le diable dans les détails.

Premièrement, les moteurs modernes pourraient avoir 20 étages ou plus, attachés à 2 ou 3 bobines séparées. Les ingénieurs doivent décider du nombre optimal détages et de bobines pour la conception du moteur. Cela signifie analyser de nombreuses configurations différentes, la complexité a tendance à augmenter de manière exponentielle, car chaque étape affecte le reste du système.

Oui, le processus est relativement simple si vous avez des conditions statiques à analyser. Bien sûr, il « est important pour optimiser la consommation de carburant en croisière. Mais le moteur doit encore fonctionner dans une vaste gamme de conditions. Ensuite, il y a les conditions dynamiques daccélération et de décélération. Le moteur doit démarrer et être stable tant par vent de travers que par vent arrière. Il doit pouvoir démarrer au sol ou dans les airs après avoir fait très froid. Des choses étranges peuvent se produire lorsque les choses se dilatent et se contractent avec la température.

Si vous « regardez une analyse simple de la façon dont changement de pression et de température à travers un moteur à réaction, il y a probablement beaucoup de mains qui agitent la main sur une étape appelée » chambre de combustion « où vous obtenez comme par magie une augmentation de la température. Le processus de combustion du carburant dans les conditions extrêmes dun moteur à réaction est extrêmement complexe. Lair qui se précipite à lavant doit être comprimé, puis ralentir suffisamment pour pas éteindre la flamme. La flamme doit être contenue dans la section de la chambre de combustion tout au long du fonctionnement et ne pas surchauffer les étages de la turbine derrière elle.

Des températures et des pressions plus élevées offrent une meilleure efficacité, mais les matériaux sont poussés à leurs limites. De nouveaux superalliages et techniques de fabrication doivent être perfectionnés pour créer des matériaux capables de résister à des températures extrêmes tout en tournant à des milliers de tr / min. Ils doivent faire de petits trous et passages dans les pales pour expulser lair de refroidissement qui recouvre la surface de la pale afin quil ne soit pas directement en contact avec lair extrêmement chaud dans la turbine.

Ensuite, vous avez aussi des mécaniques lénergie étant extraite par un générateur, et lénergie pneumatique étant extraite pour le système de prélèvement dair de lavion. Le moteur doit être capable de faire face à des demandes variables de ces systèmes.

Il y a aussi le problème de la rotation de plusieurs bobines et de milliers de tr / min et ne causant pas trop de chaleur de friction ou une usure prématurée. Les ingénieurs ont besoin pour comprendre les températures, laérodynamique et les contraintes de rotation sur chaque pièce, sur toute la plage de fonctionnement du moteur, et comment cela affecte le reste du moteur.

Et ce nest pas juste suffisant pour obtenir quelque chose ça marche. Quelquun se posera toujours la question: « Comment pouvons-nous rendre cela plus efficace? » Les moteurs modernes utilisent de nombreuses astuces différentes pour tirer le maximum de leur efficacité. Lair est purgé et les aubes peuvent être ajustées pour rendre le moteur stable dans toutes les conditions de fonctionnement. De nouveaux concepts et technologies sont développés. Les turbosoufflantes modernes ont le problème dune turbine basse pression à larrière qui doit tourner aussi vite que possible pour être efficace, connectée à un ventilateur à lavant qui doit tourner beaucoup plus lentement pour être efficace. Pour lexemple Pratt & Whitney que vous donnez, leur solution était une boîte de vitesses pour permettre aux deux de tourner à des vitesses différentes. Cétait un défi très difficile qui leur a pris des décennies pour finalement entrer dans un produit final.

Toute cette complexité doit être gérée par logiciel qui surveille un ensemble de capteurs dans tout le moteur et ajuste continuellement les nombreux paramètres pour maintenir un fonctionnement stable et efficace. Ce logiciel doit fonctionner sur des ordinateurs qui fonctionneront sur une vaste plage de températures et sous des vibrations constantes.

Vous devez également garder à lesprit comment toutes ces milliers de pièces seront fabriquées puis assemblées, puis entretenues tout au long de la vie du moteur. Vous avez besoin de personnes qui planifient pour sassurer quun mécanicien aura accès aux bons composants avec les outils dont il a besoin, et quels processus doivent être suivis pour assembler et démonter les différentes pièces.

Ensuite, il y a aussi des effets collatéraux comme le bruit et la pollution. Il y aura des ingénieurs chargés de comprendre comment ceux-ci sont générés et comment ils peuvent être réduits à des niveaux acceptables avec le moins de coût possible.

Ceci est juste un aperçu des nombreux domaines impliqués dans la conception dun moteur à réaction. Il y en a certainement plus, et chaque détail ici pourrait facilement nécessiter une équipe spécialisée qui y travaille.

Commentaires

• Naturellement, je viens de calculer que nous avons besoin environ 1 000 de ces moteurs RC à poussée de 50 lb (5 000 $ chacun) pour faire voler un A320. 🙂
• @PerlDuck Avez-vous inclus dans ce calcul la consommation de carburant plus élevée des moteurs, le poids supplémentaire des moteurs et le carburant supplémentaire, et la consommation de carburant plus élevée due à ce poids supplémentaire, et poids supplémentaire de ce carburant et consommation de carburant plus élevée en raison de ce poids supplémentaire …?
• Voici un excellent aperçu des complexités dun avion ‘ moderne ‘ mais je nai ‘ rien voir qui montre comment tout cela a totalisé 10 milliards USD. Estimer le nombre de personnes nécessaires pour les spécifications, la conception et la refonte, les tests, les installations, etc. aiderait cette réponse (pour moi.)
• @Alexander Bien sûr que non. Cétait simplement une blague. Jétais juste curieux de savoir combien de ces petits nous aurions besoin. Ma fait penser à une mouche avec ses milliers de petits yeux par rapport à dautres animaux avec seulement deux plus gros.
• @CramerTV, nombre de personnes impliquées? Beaucoup. Par exemple, si vous ‘ utilisez un nouveau superalliage, vous devez quantifier les propriétés du matériau: un technicien de test mécanique pour mesurer la résistance, la dureté, la ténacité, etc. , un chimiste pour confirmer la composition, un machiniste pour convertir le métal en vrac en éprouvettes et un superviseur de laboratoire pour coordonner les choses. Ces ‘ sont quatre personnes pour un seul aspect dune partie de la conception dun moteur à réaction.

La dernière fois que jai vérifié, la plupart des scientifiques et ingénieurs ne gagnent pas de salaires millionnaires. Je pense que cest plus de 100 à 250 000 tops. Même si vous en aviez 100 travaillant pendant 10 ans, ce serait 250 millions, soit un quart de milliard de dollars.

Les salaires dans l’aérospatiale sont inférieurs à 100 000 en moyenne, ce n’est pas l’informatique, mais ce n’est pas le problème.

Vous pouvez développer un moteur à réaction expérimental de base avec 100 ingénieurs et Les scientifiques. Le fait est que vous ne pouvez pas concevoir et construire un turboréacteur à double flux produit en série avec une telle équipe.
Vous pouvez le faire avec 1 000. Mais les compagnies aériennes et les autorités veulent quil soit fiable, et vous ne pouvez pas construire un fiable turboréacteur à double flux avec seulement 1 000 personnes. Cela prend des milliers à cause de la façon dont tout doit être validé et revérifié.

Construction dun avion de ligne compétitif Le moteur est encore plus difficile. Ce serait à peu près réaliste aujourdhui avec 10 000 employés, mais cest toujours un exploit. Le travail nest pas seulement la conception de pièces de moteur, lessentiel du travail consiste à essayer des centaines de matériaux dans R & D, conception de machines, développement technologique, développement QM et QC. Tout ce qui contribue à produire de bons moteurs, puis à les produire efficacement.

Aujourdhui, Saturn, lun des plus petits constructeurs de moteurs à réaction, compte environ 23 000 employés.
Pratt & Whitney, le plus petit des trois grands de lOuest, en compte environ 40 000.
Rolls-Royce, qui fabrique principalement des moteurs aérospatiaux (la marque automobile a été vendue il y a longtemps), compte environ 50 000 employés.
Également ~ 50 000 pour GE Aviation, avec 200 000 autres dans General Electric.

Ce ne sont pas tous des ingénieurs et des scientifiques, mais plus de la moitié du personnel de ces industries de haute technologie est dans la recherche, la conception, Lingénierie, la gestion et dautres emplois qui contribuent au coût de conception.

Léquipe de conception réelle dun moteur à réaction moderne comptera moins de 1 000 personnes. Mais ce ne sont que les personnes qui font le travail de haut niveau, les organigrammes, les calculs FEA, les modèles de conception.
Ils vont compter sur des milliers de personnes pour leur fournir les données. À partir de leurs modèles, des milliers dautres produiront des dessins détaillés et des programmes CNC pour chaque pièce individuelle. Ensuite, pour chaque pièce individuelle, un programme CQ distinct doit être développé.

Vous ne pouvez pas simplement copier-coller des dessins de conception vers des programmes CNC. Vous ne pouvez pas non plus copier-coller de ceux-ci vers des programmes de machine de mesure pour le contrôle qualité.Les bases de mesure sont différentes, donc les tolérances sont différentes, cest un niveau de détail différent. Faites cette erreur une seule fois. Pour une pièce minuscule et pas particulièrement critique, et les conséquences peut être perceptible .

Les réponses sont toutes très bonnes dans la mesure où elles détaillent les coûts potentiels, mais laissez Je donne un angle différent pour examiner ces types de questions. Dans un environnement hautement concurrentiel, les entreprises dépenseront autant d’argent pour résoudre un problème qu’il en vaut la peine. En termes économiques: «le coût marginal est égal au gain marginal». .

Lors de la conception dun nouveau moteur, on commence par tous les changements qui donnent une grande amélioration des performances à un faible coût. Au fil du temps, ces changements « triviaux » sont explorés, et sil y en a assez « gain » dune attaque continue au problème, des changements plus compliqués avec des gains attendus plus petits seront attaqués.

Maintenant, réfléchissez à la hauteur du gain dune impr Lovement dun moteur est: sur les milliers dheures, combien de carburant est économisé? Quelle est la valeur marchande future attendue de ce carburant dans un monde où la rareté et la taxation du CO2 sont de plus en plus fréquentes?

Maintenant, considérez que vous allez implémenter ce nouveau moteur non pas dans un seul avion, mais dans une grande flotte de centaines, voire de milliers davions? Toute amélioration que vous apportez au moteur a juste une grande valeur marchande. Enfin, considérez que de nombreuses améliorations apportées à la prochaine génération de moteurs peuvent être reprises ultérieurement pour des développements plus récents, ce que lon appelle «debout sur lépaule des géants».

Un exemple Prenez un moteur qui coûte environ 30 millions USD. Une amélioration des performances qui augmente la valeur de chaque moteur de seulement 1% vaudra 300 millions USD si ce moteur est vendu 1000 fois. Si cette amélioration des performances peut être réutilisée dans les 10 prochaines générations de moteurs, elle vaut 3 milliards USD. Cet exemple simple vous montre que la valeur marginale de R & D peut devenir très élevée très rapidement, et que les entreprises sont donc prêtes à investir beaucoup d’argent pour résoudre ces problèmes.

En plus d’autres excellentes réponses, j’aimerais me concentrer sur la nature de la recherche.

Les travaux de développement et d’exploration d’idées qui ne peuvent pas être résolus uniquement par des modèles informatiques sont énormes .

Comme dautres réponses le notent, les moteurs à réaction se développent à la pointe de la théorie et des nouvelles idées, tout en poussant celles existantes.

Exemple type concret # 1

Supposons que nous croyons quune pale de ventilateur peut être rendu plus fort sil « est moulé de manière à pousser sans certains défauts cristallins, ou avec une certaine structure cristalline qui en théorie devrait être possible. Appelez-le » matrice cristalline de titane-carbone de forme delta « ou » delta-TCCM « Pour faire court. Cela permettrait des lames 1,7% plus minces et plus légères, sans perte de résistance ni de sécurité, ou des lames capables de fonctionner 1,5% plus vite sans augmentation de la contrainte. Si cela est correct, cela pourrait être un gros problème dans le cadre de la prochaine génération de le moteur actuel.

Le problème est que cest aussi loin quun modèle vous mène. Vous devez maintenant y parvenir de manière fiable en tant que problème de science des matériaux. Vous devez

• Concevoir un processus pour développer delta-TCCM de manière fiable dans un laboratoire, ce qui peut être un énorme défi. Vous devrez peut-être explorer plusieurs techniques, réfléchir à leur échelle, à leur vulnérabilité aux défauts et aux risques. Les conditions dune production fiable de delta-TCCM à faible taux de défauts peuvent être très précises et difficiles à maintenir pendant le temps nécessaire. Cela peut être un problème énorme , loin d’être trivial. Si vous ne voulez pas que cela prenne des années, vous devrez peut-être envoyer 600 personnes juste à la recherche delta-TCCM, pour la transformer dun concept en un matériau utilisable avec des propriétés vérifiées.

• Les propriétés ne sont peut-être que quelque peu prévisibles par la théorie. Vous devrez peut-être ajouter des traces ou de minuscules changements de processus pour résoudre les problèmes. Chacun dentre eux est un mini-projet en soi.

• Le matériau peut être difficile à façonner une fois formé, vous devrez peut-être retourner dans votre laboratoire pour non seulement concevoir un équipement pour le créer de manière fiable, mais pour le créer de manière fiable pour le façonner . Forme parfaite.

• Vous devez passer de léchelle du laboratoire à celle de lindustrie. Cela signifie, en créer suffisamment pour confirmer les propriétés et finalement construire des lames. « est également loin dêtre anodin. Lindustrie regorge de choses faciles à créer en petites quantités pour la recherche, mais incroyablement difficiles à produire à grande échelle dans les mêmes conditions. Passage fiable déchantillons de 2 mm ² sans défauts détectables de structure cristalline / atomique, à courbe 1.Des pales de ventilateur de 5 m sans défauts détectables de structure cristalline / atomique, est exactement aussi difficile que cela puisse paraître dans de nombreux cas.

• Vous devez tester et évaluer dix mille échantillons de mille façons – en isolement et dans mille scénarios dans un moteur. Cest un processus très intense. Quelle est sa structure atomique, comment échoue-t-elle (quels sont ses modes de défaillance et ses limites de sécurité), comment sa structure atomique répond-elle à cent mille combinaisons / types / modèles de facteurs de stress, à la fois à court et à long terme – acquérir une compréhension suffisante de les propriétés réelles pour pouvoir compter sur eux pour la sécurité des jets. Revenez peut-être à l’essentiel si quelque chose ne vous convient pas. Après tout, si un seul moteur tombe en panne et que la faille est liée à un problème fondamental avec le matériau, toute votre réputation et votre gamme de produits sont menacées , et des remboursements seront dus pour tout produit vendu jusquà présent, ainsi que des litiges. Lensemble de votre entreprise de 500 milliards de dollars pourrait être mis en danger, dans ce sens, dans le pire des cas.

• Vous pourrait également construire 2 ou 3 usines de production de prototypes entiers (usines) dans différents endroits, juste pour delta-TCCM, pour confirmer que vous pouvez en fait reproduire votre contrôle de qualité delta-TCCM de manière fiable dans le temps et en différents établissements / sources.

• Les pales de ventilateur sont généralement constituées dune combinaison de différents matériaux. Par exemple, le GE-9X, actuellement le plus gros turboréacteur à double flux, utilise un composite de fibre de carbone avec des bords dattaque en acier et des bords de fuite en fibre de verre pour la protection contre les impacts doiseaux. Il ne suffit pas de fabriquer et de façonner du delta-TCCM, mais il faut également des techniques qui bly lui permettre de faire partie dune aube composite, assez étroitement pour conserver sa structure unifiée sous toutes les contraintes, les cycles de chauffage / refroidissement, et les vibrations, qui font partie de la vie de la pale de jet. Si les composants ne bougent pas, ne rétrécissent pas et ne se dilatent pas ensemble, la lame peut éventuellement saffaiblir.

• Si cela fonctionne, vous devrez peut-être construire une chaîne doutils entière simplement pour delta-TCCM. Outils dusinage, outils de production, moulages de lames (peut-être sont-ils «coulés de manière destructive et vous avez besoin dun nouveau moule pour chaque pièce), laser spécialisé ou autre soudage, développement de revêtements et dadhésifs delta-TCCM capables de durer dans un environnement moteur, qui sont tous leurs propres projets indépendants. Les travaux.

Et ce n’est que le projet de commercialisation de delta-TCCM. 20 à 50 millions de dollars facilement, au départ (estimation totale de ma part, mais donne un idée). Vous pourriez avoir 50 ou 200 projets de ce type en cours et d’autres à venir dans votre flux R & D, tous liés aux concepts que vous allez explorer pour votre nouvelle génération de moteurs – et tous leurs coûts devant être récupérés par les ventes du moteur lorsquil est finalement terminé.

Exemple concret 2:

La navette spatiale a dû résister à une chaleur intense lors de sa rentrée. Beaucoup plus de chaleur que nimporte quel matériau ne pourrait en supporter. Lidée atteinte était simple: lablation. Le revêtement brûlerait au lieu de fondre, exposant progressivement les couches inférieures, mais ne se dégradant pas dans son ensemble.

La création du matériau a été un effort majeur. Il ny avait pas beaucoup de théorie sur de telles choses, juste un but pour créer un tel matériau. Une recherche énorme. Et à chaque fois, « Bien. Maintenant, trouvez un moyen de faire de même, mais en réduisant le poids de 20%. « .

Commentaires

• Ajoutez à cela le coût de toutes les idées qui sonnait génial jusquà ce quils rencontrent un revers dans lune de ces étapes qui ne pouvaient tout simplement ‘ être surmontés. Pendant tout ce temps, de largent & effort pour un projet en attente et temps pour recommencer sur un nouveau.

En plus des autres réponses:

Les moteurs à réaction ne sont pas seulement complexes, ils fonctionnent à la limite de ce qui est physiquement possible. Par exemple, les moteurs à réaction modernes fonctionnent à des températures internes qui peuvent être supérieures au point de fusion des métaux utilisés.

Lorsque vous concevez un nouveau moteur à réaction, pour quil réussisse sur le marché, il doit être meilleur que les moteurs actuellement disponibles: il doit avoir plus de poussée, moins de bruit, moins de carburant consommation, fiabilité accrue, coûts de fonctionnement inférieurs ou une combinaison de ceux-ci.

Cela signifie que chaque conception déplace « le bord de ce qui » est physiquement possible « , cest-à-dire quelle fait progresser létat de lart. Ce nest pas seulement une nouvelle conception de moteur, vous devez développer de nouveaux matériaux, de nouvelles méthodes de construction, etc. Ensuite, vous devez prouver que ces nouveaux développements sont sûrs à utiliser. Cest là que va le coût: la recherche scientifique (qui comporte toujours le risque que votre nouvelle idée ne fonctionne pas aussi bien que vous lauriez espéré), le développement de la nouvelle technologie à un niveau prêt pour le consommateur et la certification.

Je pense que la plupart des réponses abordent assez bien les points, les équipes sont énormes et il y a beaucoup de cher kit impliqué.Jajouterais trois autres points:

• Il y a des risques qui doivent être pris en compte. Ce nest pas comme dans Pharma, mais tous les moteurs ne se vendent pas aussi bien, donc vous besoin de gérer les coûts entre différents moteurs et conceptions.

• Ce sont des machines hautement spécialisées, donc avec un nouveau moteur, vous développez de nouveaux outils, de nouvelles techniques de mesure et de nouveaux logiciels. (Il y a beaucoup de retombées et davantages résultants de ces programmes, par exemple: sonde à déclenchement tactile )

• Juste pour illustrer le point des matériaux et des coûts de fabrication, ces moteurs seraient moins chers sils étaient fabriqués en or massif.

Il se trouve que je connais le type qui conçoit le profil pour le fan de lun des grands fabricants. Il est juste un universitaire qui contribue à cette conception, et cest le seul problème sur lequel il travaille. Mais cela impliquait de développer un nouveau logiciel pour calculer le flux.

Le problème nest pas fondamentalement lié aux moteurs à réaction, mais à la construction de choses complexes en général.

Les raisons sont les mêmes que pour la construction un logiciel complexe. Il ny a que des différences graduelles.

La question peut être considérée comme  » Pourquoi est-ce surprenant de créer des systèmes complexes de haute qualité?  »

Le problème principal est c omplexité. La conception des réacteurs existants est complexe et nous savons que la conception dune alternative est un processus complexe plus complexe que cela. Encore une fois pour en construire un en série.

Nous voulons créer un artefact complexe, nommons-le  » nouveau moteur à réaction « .

Pour ce faire,

nous avons besoin dun design pour cela.

Comme base de cela, nous avons besoin dune spécification de conception .

Pour le vérifier, nous devons créer au moins une instance.

En pratique, nous voulons être en mesure de créer plusieurs exemplaires pour un coût par instance limité.

Cela signifie que nous devons également créer plusieurs autres artefacts:

Nous devons créer un ou plusieurs prototypes sans limiter le coût.

Nous devons créer un ensemble complet de outils pour produire plusieurs instances de lartefact.

Nous devons également créer des outils pour tester lartefact.

Nous devons tester un ou plusieurs prototypes, et plusieurs instances produites en fonction de la spécification de conception.

Nous devons faire tester par une organisation externe la spécification de conception basée sur les règles de certification.

Nous devons faire un e Instances de test dorganisation externe basées sur des règles de certification.

Nous devons créer une documentation, y compris des instructions fiables pour plusieurs variantes de service.

Notez que tout cela est indépendant de la complexité de la chose nous voulons créer. Cela ne dépend même pas si nous construisons un artefact physique, cela sapplique tout de même pour en construire une simulation, en produisant des instances en lintégrant dans la simulation davion du client.

Les nombreuses étapes sont un peu complexe en soi. Lorsque les étapes interagissent, la complexité a tendance à se multiplier au lieu de sadditionner. Par exemple, une erreur mineure dans la spécification de conception entraîne des modifications mineures dans la plupart des étapes, et chacune delles a une surcharge importante. Changer une taille de vis et la résistance dune soudure nécessite pratiquement le même effort que changer uniquement la taille de la vis, car les frais généraux dominent.

Si nous construisons quelque chose de complexe, il y a des aspects contre-intuitifs en termes de complexité. Un élément important est que la complexité et leffort des tests augmentent très rapidement pour des exigences de qualité croissantes. Cest en partie parce quil y a beaucoup plus derreurs plus petites que plus grandes. Cela signifie que de nombreuses autres erreurs simples doivent être traitées, ce qui nécessite plus de prototypes. Le surcoût pour gérer une petite erreur est à peu près le même que pour une grosse erreur.

Pour illustrer leffet de laugmentation des exigences de qualité, pensez à construire un avion sur la base dun plan précisant la forme et la taille de ses pièces . Comparez cela à une exigence supplémentaire de la longueur totale avec une tolérance de quelques centimètres. À présent, vous devez prendre en compte la variation des connexions des composants, comme la distance des vis aux bords des pièces, ainsi que la dilatation thermique des pièces. Maintenant, affinez les exigences pour spécifier la longueur avec une tolérance de quelques millimètres selon une courbe de température. Maintenant, certains tests doivent être effectués plusieurs fois, après avoir découvert combien de fois suffisent. Et les différences de dilatation thermique des différents matériaux et pièces de différents fournisseurs deviennent pertinentes. Tu obtiens le point. Et juste au cas où il ne semble pas pertinent de se soucier de la dilatation thermique: le Lockheed SR-71 Blackbird a effectivement fui du carburant lorsquil était froid au sol, mais pas lorsquil volait à Mach 3,2 et à une température de coque denviron 300 ° C, sur la base des limites de précision acceptées . Le Concorde sest allongé de 17 cm en vol à environ 100 ° C.Ils se sont bien amusés lors de la mise en place des conduites hydrauliques.

Fondamentalement, lajout de pièces individuelles est beaucoup plus complexe que lintuition ne sy attendait. Lajout dune pièce à un moteur à réaction nimplique pas seulement la stabilité de la pièce, mais la stabilité et le changement de forme au cours du cycle thermique, et la détermination du nombre acceptable de cycles avant lentretien.

Notez que tout cela, à part illustrant des exemples, na rien à voir avec les moteurs à réaction, même si nous voulons construire quelque chose de physique.

Les éléments de conception spécifiques dun moteur à réaction peuvent être trouvés dans dautres réponses, et une estimation de leur complexité peut être utilisé pour dériver tous les efforts ici.

Les réponses existantes font un excellent travail pour expliquer pourquoi les moteurs à réaction sont coûteux à développer: parce quils sont si compliqués. Laissez-moi essayer de répondre, pourquoi les moteurs à réaction sont-ils si compliqués? Pour comprendre cela, nous devons examiner les aspects économiques des moteurs à réaction, et cela dépend de la consommation de carburant.

Supposons que vous achetiez une nouvelle voiture et quune voiture obtienne 1% de carburant de meilleure qualité. kilométrage que lautre. Peut-être 30 mpg et 30,3 mpg. Vous diriez que ceux-ci sont si proches quil importe à peine. Autant être identique et vous commencez à chercher celui qui a le meilleur système audio ou les sièges les plus élégants. Mais lorsque les compagnies aériennes font des achats pour de nouveaux avions, une différence de 1% defficacité énergétique est ÉNORME.

Les compagnies aériennes sont grandes et le kérosène coûte cher. Une compagnie aérienne de taille modeste (par exemple, Jet Blue) dépensera entre 1 et 2 milliards de dollars par an en carburant aviation uniquement. Et, lorsque vous achetez un nouvel avion, il durera généralement 30 ans. Ainsi, pendant toute la durée de vie de la flotte, la compagnie aérienne dépense environ 45 milliards de dollars en carburant. Si un moteur à réaction est 1% moins bon en termes de consommation de carburant, cela coûtera à la compagnie aérienne environ 450 millions de dollars sur 30 ans. Cela représente une différence de un pour cent en matière de consommation de carburant.

Maintenant, il y a dautres choses qui pourraient compenser cela, comme le prix dachat du moteur, le coût du service et des pièces de rechange, etc. Donc, un moteur à réaction qui est 1% moins bon en carburant lefficience pourrait encore être globalement compétitive si elle le compense dans dautres domaines. Mais au-delà de quelques pour cent, la différence est si grande que vous ne pouviez même pas les donner.

Vous vous retrouvez donc avec cette compétition intense de « course aux armements » entre les principaux OEM de moteurs à réaction. lentreprise rend son moteur un peu plus compliqué de sorte quils peuvent améliorer le rendement énergétique dune infime fraction, puis tous les autres font la course pour rattraper leur retard. Cela continue année après année, modèle de moteur après modèle de moteur, et avant que vous ne sachiez quoi commencé comme une machine assez simple a été extrêmement compliqué, et donc coûteux à fabriquer.

Commentaires

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Milliards? Citation nécessaire. Un peu de maths réfute cela. Un avion à petit budget, peut-être 4 vols par jour, 150 personnes par vol, 60 dollars par billet. Le revenu brut de ce montant est de 13,14 millions par an. pourrait jamais approcher 1 milliard. Vouliez-vous dire 1 – 2 millions ?
• @ DrZ214 non Je voulais dire milliard. Voir par exemple: businessinsider. com / … key quote  » … le carburant et les taxes connexes sont passés à \ 515 millions de dollars pour le trimestre « . Donc \ 500 millions de dollars / trimestre, cest 2 milliards par an. De plus, Jet Blue, cest certainement plus de 4 vols par jour, cela ‘ ressemble plus à 1000. Peut-être que vous les confondez avec une autre compagnie aérienne?
• Oups, Jai lu  » avion de ligne  » et je lai vu comme un avion, comme dans 1 seul avion. Oui, tout lavion de ligne pourrait avoir des milliers de vols par jour. Je ‘ je laisserai ces commentaires ici au cas où dautres le liraient mal.
• @ DrZ214 Je lai cité ainsi parce que les compagnies aériennes ne ‘

Ce nest quune partie de la réponse, mais je ne voulais pas le publier dans un commentaire après que les modérateurs aient dit de ne pas laisser les réponses dans les commentaires:

Regardez le concept comptable dun « taux chargé ». Il est utile de se rappeler que la collaboration de 100 ingénieurs nest pas nécessaire. Vous avez besoin de 100 ingénieurs dans un bâtiment qui doit garder les lumières allumées et le chauffage et / ou la climatisation, avec des concierges et des assistants administratifs, et toutes les autres personnes formidables qui assurent la productivité des ingénieurs. Lorsque vous prenez en compte tous ces autres coûts commerciaux, le taux horaire que lentreprise doit payer (par opposition à ce que reçoit lingénieur) est très différent.