Perché i nuovi motori a reazione costano miliardi per la progettazione?

Anche se ignoriamo gli stipendi di tutte le persone coinvolte; ingegneri, addetti alle vendite, dirigenti, team di Q / A, team di produzione, più addetti alle vendite e poi alcuni ingegneri di riserva …

Io non ” Non capisco. Se si tratta solo di progettare un motore a reazione, le materie prime non possono essere un fattore importante anche se si tratta di qualcosa di simile al titanio o ai materiali compositi.

Sebbene le materie prime da sole non siano necessariamente costose, i materiali, così come la lavorazione e lavorazione , possono essere piuttosto costosi. Questo può essere ulteriormente aggravato se il motore utilizza un qualche tipo di nuovo materiale per che non esiste ancora un metodo di produzione efficace. Questo è stato il caso per l intera produzione del SR-71 Blackbird che necessario per capire come lavorare con il titanio prima di costruire effettivamente qualcosa . Anche una volta prodotte le parti su misura per un nuovo motore, lazienda dovrà quindi capire come produrre il parti in quantità sufficiente y per produrre i motori per il mercato.

Di quanti prototipi potresti aver bisogno? Voglio dire, spero che non siano solo tentativi ed errori.

Non lo è, ma la FAA potrebbe richiedere vari dimostrazioni in cui distruggono il motore e puoi scommettere che il produttore lo proverà prima di eseguire qualsiasi test ufficiale. Una volta superati i test iniziali, i prototipi di volanti dovranno essere costruiti e testati su cellule reali che costano denaro, alimentando carburante per aerei che costa denaro.

Laltra cosa è il software per computer, che pensavo avrebbe reso le cose più facili ed economiche da progettare. Certo, non puoi semplicemente inserire la spinta desiderata e premere un pulsante, ma sicuramente cè un discreto software fluidodinamico là fuori che può aiutarti a progettare qualcosa di molto più semplice e veloce di prima.

Rende alcune cose più veloci, come FEM , e rende sicuramente più facile linstradamento complesso, ma come una buona chiave inglese, il software CAD è un strumento che rende le cose più facili e veloci. Non fa il lavoro per te.

Commenti

• Numeri per il costo del carburante per far funzionare un motore moderno a vari livelli di potenza per una giornata di test può essere utile per rafforzare questa risposta.- Potrebbe essere utile anche unulteriore considerazione su costi come immobili e potenziali ‘ costi legacy ‘ come pagare per gli azionisti o mantenere fondi pensione evidenziare. I progetti di motori a reazione non sono ‘ tipicamente fatti dal garage di un ingegnere solitario ‘ dopotutto … Come si suol dire, i costi si sommano , e poi alla fine devi pagare le persone per sommare quei costi …
• Non sottovalutare mai i costi per costruire gli strumenti necessari per costruire un prodotto. Esempio non aeronautico: gli strumenti necessari per produrre un chip per circuiti integrati possono costare più di un milione di dollari e ‘ presuppone che tu possieda già tutte le apparecchiature di produzione. Ogni volta che i tuoi test trovano un difetto che richiede un grande cambiamento, dovrai pagare di nuovo quei costi.
• Vedo le tue ‘ materie prime ‘ e io ti allevo forgiatura del titanio .
• Ecco un link interessante dove mostra come vengono testati i motori … ‘ sono stati testati su un aereo costruito per testare i motori …
• Vale la pena notare che, poiché il CAD moderno rende le cose più veloci e più facili, gli ingegneri sono in grado di progettare cose più complicate. Spesso non ‘ finisci per spendere meno tempo a progettare cose, progetti cose che prima erano ‘ t fattibili.

I motori a reazione sono alcune delle macchine più complesse mai create. Devono essere quanto più possibile leggeri, efficienti, sicuri e affidabili. Cè una ragione per cui la maggior parte dei nuovi aerei di linea di recente è stata colpita da ritardi da parte dei produttori di motori. Questo è un difficile equilibrio da progettare quando si ha un programma e un budget.

I motori a reazione potrebbero certamente essere più economici da sviluppare e acquistare. Puoi acquistarli a prezzi relativamente “convenienti” per aeromobili telecomandati. Ma i costi aumentano sicuramente con la scala e un proprietario di aeromobili si aspetta che un motore funzioni per migliaia di ore con una manutenzione minima bruciando meno carburante possibile e senza danneggiare nessuno. Ogni nuova generazione di motori è stata più efficiente dellultima e questi miglioramenti non sono gratuiti.

Se si tratta solo di progettare un motore a reazione, le materie prime non possono essere un fattore importante anche se si tratta di qualcosa come il titanio o i compositi.

Non sono solo le materie prime, ma la lavorazione coinvolta. I motori moderni spingono i materiali al limite e oltre. È necessario sviluppare tecnologie di produzione avanzate.

Supponiamo che tu abbia un nuovo materiale o processo che desideri utilizzare. Può essere facilmente impiegare almeno centinaia di migliaia di dollari solo per svilupparne uno e un nuovo motore potrebbe includerne molti. Anche per una materia prima economica, la quantità di lavoro necessaria per creare articoli di prova, impostare test, eseguirli e documentare i risultati crescono molto rapidamente. Vuoi essere sicuro di aver compreso come funzionerà il nuovo materiale o processo prima di procedere con esso. Se le cose vanno storte , crei grossi problemi per i tuoi clienti (produttori di aeromobili e loro clienti).

Quanti prototipi potresti aver bisogno? Voglio dire, spero che non siano solo tentativi ed errori.

“Prova ed errore” a volte è anche chiamato “scienza” che è ciò di cui hai bisogno per sviluppare nuove tecnologie. Ovviamente, man mano che i test progrediscono e i rischi aumentano, “vorresti che la parte” errore “continuasse a diminuire. Ma la parte di prova è molto importante per capire come le cose funzioneranno (o meno). Ciò significa non solo prototipi in scala reale (che passare attraverso diverse iterazioni di progettazione, anche attraverso la certificazione di aeroplani) ma anche sottosistemi e componenti. Inoltre, è necessario eseguire un numero sufficiente di test per avere la certezza statistica che i risultati possano essere riprodotti in modo affidabile.

Laltra cosa è il software per computer, che pensavo avrebbe reso le cose più semplici ed economiche da progettare.

Questo è certamente vero e queste tecnologie hanno ridotto la quantità di test fisici da eseguire. Ma in entrambi i casi ti costerà denaro.

Con prodotti come i motori a reazione, strumenti migliori in genere non significano “quanto possiamo risparmiare questo processo “ma” quante prestazioni in più possiamo ottenere per gli stessi soldi. “

Allora cosa lo rende così costoso? Esiste un processo di certificazione molto costoso?

Sì. Alla gente piace volare su aerei con motori che continuano a funzionare e non esplodono, il che significa regole e certificazioni rigorose.Per la FAA, 14 CFR Parte 33 copre i requisiti di certificazione per i motori a reazione, per cercare di rendere gli eventi di guasto il più rari possibile. Ecco solo alcuni dei test richiesti dalle normative:

• Vibrazioni
• Overtorque
• Calibrazione
• Resistenza
• Sovratemperatura
• Intervallo operativo completo
• Test di sistema e componenti
• Blocco rotore
• Smontaggio completo
• Contenimento della lama / squilibrio del rotore
• Pioggia, grandine e ingestione di uccelli

Alcuni di questi test saranno distruttivi, per progettazione o per errore. Alcuni di loro richiederanno molto tempo e impegno. Solo il lavoro di ufficio richiesto per comprendere tutti questi requisiti e documentare alle autorità di regolamentazione che li hai soddisfatti potrebbe facilmente prendere una buona parte delle tue 100 persone.

Forse qualcuno può spiegare il processo generale di progettazione del motore a reazione in primo luogo perché sono sicuro che sarebbe utile. Per come la immagino io, devi solo passare da una fase allaltra e cercare di ottenere la forma e il diametro di ogni lama.

Sembra che tu abbia le basi idea. Ma lingegneria riguarda il diavolo nei dettagli.

Primo, i motori moderni potrebbero avere 20 o più stadi, collegati a 2 o 3 bobine separate. Gli ingegneri devono decidere il numero ottimale di stadi e bobine per la progettazione del motore. Ciò significa analizzare molte configurazioni diverse, la complessità tende ad aumentare in modo esponenziale, poiché ogni fase influisce sul resto del sistema.

Sì, il processo è relativamente semplice se vengono fornite condizioni statiche da analizzare. Ovviamente è “È importante per ottimizzare il consumo di carburante durante la crociera. Ma il motore deve ancora funzionare in una vasta gamma di condizioni. Poi ci sono le condizioni dinamiche di accelerazione e decelerazione. Il motore deve partire ed essere stabile sia con vento laterale che con vento in coda. Deve essere in grado di avviarsi a terra o in aria dopo essere diventato estremamente freddo. Possono accadere cose strane mentre le cose si espandono e si contraggono con la temperatura.

Se “stai guardando una semplice analisi di come variazione di pressione e temperatura attraverso un motore a reazione, probabilmente ci sono molte mani che agitano su un palco chiamato” combustore “dove magicamente si ottiene un aumento della temperatura. Il processo di combustione del carburante nelle condizioni estreme di un motore a reazione è estremamente complesso. Laria che scorre veloce nella parte anteriore deve essere compressa, quindi rallentata abbastanza da non spegnere la fiamma. La fiamma deve essere contenuta nella sezione del combustore durante il funzionamento e non surriscaldare gli stadi della turbina dietro di essa.

Temperature e pressioni più elevate forniscono una migliore efficienza, ma i materiali sono spinti al limite. Nuove superleghe e tecniche di produzione devono essere perfezionate per creare materiali in grado di resistere a temperature estreme durante la rotazione a migliaia di RPM. Devono mettere piccoli fori e passaggi nelle pale per far fuoriuscire laria di raffreddamento che copre la superficie della pala in modo che non entri in contatto diretto con laria estremamente calda nella turbina.

Poi hai anche la meccanica energia estratta da un generatore e energia pneumatica estratta per il sistema di spurgo dellaria del velivolo. Il motore deve essere in grado di far fronte alle diverse esigenze di questi sistemi.

Cè anche il problema di varie bobine che ruotano e migliaia di giri / min. E non causano un eccessivo calore di attrito o si consumano prematuramente. per capire le temperature, laerodinamica e lo stress rotazionale su ciascuna parte, attraverso lintero intervallo di funzionamento del motore, e come influisce sul resto del motore.

E non è solo sufficiente per ottenere qualcosa che funzioni. Qualcuno farà sempre la domanda: “Come possiamo renderlo più efficiente?” I motori moderni stanno tirando fuori molti trucchi diversi per spremere ogni bit di efficienza che possono. Laria viene scaricata e le alette possono essere regolate per rendere il motore stabile in tutte le condizioni operative. Vengono sviluppati nuovi concetti e tecnologie. I moderni turboventole hanno il problema di una turbina a bassa pressione nella parte posteriore che deve girare il più velocemente possibile per essere efficiente collegata a una ventola nella parte anteriore che deve girare molto più lentamente per essere efficiente. Per lesempio Pratt & Whitney che fornisci, la loro soluzione era un cambio per consentire ai due di girare a velocità diverse. Questa è stata una sfida molto difficile che ha impiegato decenni per arrivare finalmente a un prodotto finale.

Tutta questa complessità deve essere gestita da software che monitora una serie di sensori in tutto il motore e regola continuamente i numerosi parametri per mantenere un funzionamento stabile ed efficiente. Questo software deve essere eseguito su computer che funzioneranno in una vasta gamma di temperature e sotto vibrazioni costanti.

Devi anche tenere a mente come tutte queste migliaia di parti verranno prodotte e poi assemblate e quindi mantenute per tutta la vita del motore. Hai bisogno di persone che pianificano per garantire che un meccanico abbia accesso ai componenti giusti con gli strumenti di cui ha bisogno e quali processi devono essere seguiti per montare e smontare le varie parti.

Poi ci sono anche effetti collaterali come il rumore e linquinamento. Ci saranno ingegneri incaricati di capire come vengono generati e come possono essere ridotti a livelli accettabili con il minor costo possibile.

Questa è solo una panoramica delle molte aree coinvolte nella progettazione di un motore a reazione. Ce ne sono certamente di più, e ogni dettaglio qui potrebbe facilmente richiedere un team specializzato che ci lavori.

Commenti

• Naturalmente, ho appena calcolato che abbiamo bisogno circa 1.000 di quei 50 libbre spingono motori RC (5.000 $ ciascuno) per far volare un A320. 🙂
• @PerlDuck Hai incluso in quel calcolo il maggiore consumo di carburante dei motori, il peso aggiuntivo dei motori e del carburante aggiuntivo, e il maggiore consumo di carburante dovuto a quel peso aggiuntivo, e il peso aggiuntivo di quel carburante e maggiore consumo di carburante dovuto a quel peso aggiuntivo …?
• Questa è unottima panoramica delle complessità di un moderno ‘ jet ‘, ma ‘ non ho visto nulla che mostrasse come il totale ammontasse a $ 10 miliardi. Stimare il numero di persone richieste per le specifiche, la progettazione e la riprogettazione, i test, le strutture, ecc. Aiuterebbe questa risposta (per me.)
• @Alexander Certo che no. Era solo uno scherzo. Ero solo curioso di quanti di quei piccoli avremmo avuto bisogno. Mi ha fatto pensare a una mosca con i suoi migliaia di minuscoli occhi rispetto ad altri animali con solo due più grandi.
• @CramerTV, numero di persone coinvolte? Molte. Ad esempio, se ‘ stai utilizzando una nuova superlega, devi quantificare le proprietà del materiale: un tecnico di test meccanici per misurare la forza, la durezza, la tenacità e così via , un chimico per confermare la composizione, un macchinista per convertire il metallo sfuso in campioni di prova e un supervisore di laboratorio per coordinare le cose. Quelle ‘ sono quattro persone per un solo aspetto di una parte della progettazione di un motore a reazione.

Lultima volta che ho controllato, la maggior parte degli scienziati e degli ingegneri non guadagna stipendi milionari. Penso che siano più di 100-250.000 al massimo. Anche se ne avessi 100 a lavorare per 10 anni, sarebbe 250 milioni, o un quarto di miliardo di dollari.

Gli stipendi nel settore aerospaziale sono in media inferiori a 100.000, non è IT, ma non sono loro il problema.

Puoi sviluppare un motore a reazione sperimentale di base con 100 ingegneri e scienziati. Il fatto è che non puoi progettare e costruire un motore turbofan prodotto in serie con un tale team.
Puoi farlo con 1.000. Ma le compagnie aeree e le autorità lo vogliono affidabile e non puoi “costruire un affidabile turboventola ad alto bypass con solo 1.000. migliaia a causa di quanto tutto deve essere convalidato e ricontrollato.

Costruire un aereo di linea competitivo il motore è ancora più difficile. Sarebbe più o meno realistico oggi con 10.000 dipendenti, ma è ancora unimpresa. Il lavoro non è solo la progettazione di parti del motore, la maggior parte del duro lavoro è provare centinaia di materiali in R & D, progettazione della macchina, sviluppo tecnologico, QM e sviluppo QC. Tutte le cose che contribuiscono a produrre buoni motori e quindi a produrli in modo efficiente.

Saturn, uno dei più piccoli costruttori di motori a reazione oggi, ha ~ 23.000 dipendenti.
Pratt & Whitney, la più piccola delle tre grandi in Occidente, ha ~ 40.000 dipendenti.
Rolls-Royce, che produce principalmente motori aerospaziali (il marchio automobilistico è stato venduto molto tempo fa) ha ~ 50.000 dipendenti.
Inoltre ~ 50.000 per GE Aviation, con altri 200.000 complessivi in General Electric.

Non tutti questi sono ingegneri e scienziati, ma più della metà del personale in tali industrie ad alta tecnologia è nella ricerca, nella progettazione, ingegneria, gestione e altri lavori che contribuiscono ai costi di progettazione.

Il team di progettazione effettivo di un moderno motore a reazione sarà di meno di 1.000 persone. Ma sono solo le persone che fanno il lavoro di alto livello, i diagrammi di flusso, i calcoli FEA, i modelli di progettazione.
Si affideranno a migliaia di persone per fornire loro i dati. Dai loro modelli, altre migliaia produrranno disegni dettagliati e programmi CNC per ogni singola parte. Quindi, per ogni singola parte, deve essere sviluppato un programma QC separato.

Non puoi semplicemente copiare e incollare dai disegni di progetto ai programmi CNC, né puoi copiare e incollare da quelli ai programmi della macchina di misura per il controllo qualità.Le basi di misurazione sono diverse, quindi le tolleranze sono diverse, “un livello di dettaglio diverso. Fai lerrore solo una volta. Per una parte minuscola e non particolarmente critica, e le conseguenze può essere evidente .

Le risposte sono tutte molto buone in quanto descrivono i costi potenziali, ma lascia In un ambiente altamente competitivo, le aziende spenderanno per un problema tanto denaro quanto vale la pena risolverlo. In termini economici: “costo marginale uguale guadagno marginale” .

Quando si progetta un nuovo motore, si inizia con tutte le modifiche che danno un grande miglioramento delle prestazioni a un basso costo. Nel tempo, quelle modifiche “banali” vengono esplorate e se ce ne sono abbastanza “guadagno” dallattacco continuo al problema, verranno attaccati cambiamenti più complicati con guadagni attesi minori.

Ora, pensa a quanto è alto il guadagno da unimpr Il funzionamento di un motore è: Durante le molte migliaia di ore, quanto carburante viene risparmiato? Qual è il valore di mercato futuro atteso di quel carburante in un mondo con crescente scarsità e tassazione prevista per la CO2?

Ora, considera che implementerai questo nuovo motore non in un singolo aereo, ma in una grande flotta di centinaia, forse migliaia di aerei? Qualsiasi miglioramento apportato al motore ha solo tale un grande valore di mercato. Infine, si consideri che molti miglioramenti alla prossima generazione di motori possono essere trasferiti a nuovi sviluppi in seguito, qualcosa che viene definito “in piedi sulla spalla dei giganti”.

Un esempio Prendi un motore che costa circa 30 milioni di USD. Un miglioramento delle prestazioni che aumenta il valore di ogni motore solo dell1% varrà 300 milioni di dollari se quel motore viene venduto 1000 volte. Se tale miglioramento delle prestazioni può essere riutilizzato nelle prossime 10 generazioni di motori, vale 3 miliardi di dollari. Questo semplice esempio mostra che il valore marginale di R & D può diventare molto alto molto rapidamente e che le aziende sono quindi disposte a investire molti soldi per questi problemi.

Aggiungendo altre eccellenti risposte, vorrei “concentrarmi sulla natura della ricerca.

Il lavoro coinvolto nello sviluppo e nellesplorazione di idee che non sono solo in grado di risolvere tramite modelli di computer, è enorme .

Come notano altre risposte, i motori a reazione si sviluppano allavanguardia della teoria e delle nuove idee, oltre a spingere quelle esistenti.

Esempio tipico concreto n. 1

Supponiamo di credere che una ventola può essere reso più forte se è fuso in modo tale da crescere senza certi difetti cristallini, o con una certa struttura cristallina che in teoria dovrebbe essere possibile. Chiamalo “delta form titanio-carbonio matrice cristallina” o “delta-TCCM “in breve. Ciò consentirebbe lame più sottili e leggere dell1,7%, senza perdita di forza o sicurezza, o lame che possono funzionare più velocemente dell1,5% senza aumentare lo stress. Se corretto, questo potrebbe essere un grosso problema come parte della prossima generazione di il motore attuale.

Il problema è che è fin dove ti porta un modello. Ora è necessario raggiungerlo effettivamente in modo affidabile come problema di scienza dei materiali. È necessario

• Progettare un processo per sviluppare delta-TCCM in modo affidabile in un laboratorio, il che potrebbe rappresentare una sfida enorme. Potrebbe essere necessario esplorare più tecniche, considerare come si adattano, la loro suscettibilità a difetti e rischi. Le condizioni per una produzione delta-TCCM affidabile a basso tasso di difetti possono essere molto precise e difficili da mantenere per il tempo necessario. Questo può essere un problema enorme , tuttaltro che banale. Se non vuoi che ci vogliano anni, potresti dover coinvolgere 600 persone solo nella ricerca delta-TCCM, per trasformarla da un concetto a un materiale utilizzabile con proprietà verificate.

• Le proprietà possono essere in qualche modo prevedibili solo in teoria. Potrebbe essere necessario aggiungere tracce o piccole modifiche al processo, a giudizio istintivo, per risolvere i problemi. Ciascuno di questi è un mini progetto in sé.

• Il materiale può essere difficile da modellare una volta formato, quindi potresti dover tornare al tuo laboratorio non solo per ideare attrezzature per crearlo in modo affidabile, ma per crearlo in modo affidabile per modellare . Forma perfetta.

• Devi passare dal laboratorio alla scala industriale. Significa, crearne abbastanza per confermare le proprietà e alla fine costruire lame. Che “è anche tuttaltro che banale. Lindustria è disseminata di cose facili da creare in piccole quantità per la ricerca, ma incredibilmente difficili da produrre su larga scala alle stesse condizioni. Passaggio affidabile da campioni ² da 2 mm senza difetti rilevabili della struttura cristallina / atomica, a campioni curvi 1.Pale della ventola da 5 m senza difetti rilevabili della struttura cristallina / atomica, è esattamente tanto difficile come sembra in molti casi.

• Devi testare e valutare diecimila campioni in mille modi – in isolamento e in mille scenari in un motore. Questo è un processo molto intenso. Qual è la sua struttura atomica, come fallisce (quali sono le sue modalità di fallimento e limiti di sicurezza), come la sua struttura atomica risponde a centomila combinazioni / tipi / modelli di fattori di stress, sia a breve che a lungo termine – acquisendo una comprensione sufficiente di le proprietà reali per poter fare affidamento su di loro per la sicurezza dei jet. Forse torna alle origini se qualcosa non è come necessario. Dopo tutto, se un solo motore si guasta e il difetto è ricondotto a un problema fondamentale con il materiale, lintera reputazione e la gamma di prodotti sono a rischio e i rimborsi saranno dovuti per qualsiasi vendita fino ad ora, più contenzioso. La tua intera attività da $ 500 miliardi potrebbe essere messa a rischio, in questo senso, nel peggiore dei casi.

• Tu potrebbe anche costruire 2 o 3 interi impianti di produzione di prototipi (fabbriche) in luoghi diversi, solo per delta-TCCM, per confermare che puoi effettivamente riprodurre il tuo controllo di qualità delta-TCCM in modo affidabile nel tempo e in stabilimenti / fonti diverse.

• Le pale del ventilatore sono generalmente realizzate con una combinazione di materiali diversi. Ad esempio il GE-9X, attualmente il più grande motore turbofan realizzato, utilizza un composito in fibra di carbonio con bordi dattacco in acciaio e bordi duscita in fibra di vetro per la protezione dai bird strike. Basta fare e modellare delta-TCCM non è sufficiente, sono necessarie anche tecniche che bly consentire che faccia parte di una lama composita, abbastanza saldamente da mantenere la sua struttura unificata sotto tutte le sollecitazioni, i cicli di riscaldamento / raffreddamento e le vibrazioni, che fanno parte della vita della lama del getto. Se i componenti non si muovono, non si restringono e non si espandono insieme, il blade potrebbe indebolirsi.

• Se funziona, potrebbe essere necessario costruire unintera toolchain solo per delta-TCCM. Utensili di lavorazione, strumenti di produzione, colate di lame (forse “colano in modo distruttivo e hai bisogno di un nuovo stampo per ogni parte), saldatura laser o altro specialista, sviluppo di rivestimenti e adesivi delta-TCCM in grado di di resistere in un ambiente di motore, che sono tutti i loro progetti indipendenti. Funziona.

E questo è solo il progetto per commercializzare delta-TCCM. $ 20-50 milioni facilmente, dal massimo (ipotesi totale da parte mia, ma dà un idea). Potresti avere 50 o 200 progetti di questo tipo in corso e altri in arrivo nel tuo flusso R & D, tutti relativi a concetti che esplorerai per la tua nuova generazione di motori e tutti i relativi costi devono essere recuperati dalle vendite del motore una volta completato.

Esempio concreto 2:

La navetta spaziale ha dovuto resistere al caldo intenso al rientro. Molto più calore di quanto qualsiasi materiale potrebbe sopportare. Lidea raggiunta era semplice: lablazione. Il rivestimento bruciava anziché sciogliersi, esponendo gradualmente gli strati sottostanti, ma non degradandosi nel suo insieme.

La creazione del materiale è stata uno sforzo notevole. Non cera molta teoria su queste cose, solo lobiettivo di creare un materiale del genere. Una ricerca enorme. E ogni volta, “Bene. Ora trova un modo per fare lo stesso ma riducendo il peso del 20% “.

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• Aggiungi a ciò il costo di tutte le idee che sembrava fantastico finché non hanno incontrato una battuta darresto in uno di quei passaggi che non potevano ‘ essere superati. Tutto quel tempo, soldi & impegno per un progetto accantonato e tempo per ricominciare da capo con uno nuovo.

Oltre alle altre risposte:

I motori a reazione non sono solo complessi, ma operano al limite di ciò che è fisicamente possibile. Ad esempio, i moderni motori a reazione funzionano a temperature interne che possono essere superiori al punto di fusione dei metalli utilizzati.

Quando si progetta un nuovo motore a reazione, affinché abbia successo sul mercato, deve essere migliore dei motori attualmente disponibili: deve avere più spinta, livelli di rumorosità inferiori, carburante inferiore consumo, maggiore affidabilità, minori costi di esercizio o una combinazione di questi.

Ciò significa che ogni progetto si sposta “al limite di ciò che” è fisicamente possibile “, ovvero fa avanzare lo stato dellarte. Non è solo un nuovo design del motore, devi sviluppare nuovi materiali, nuovi metodi di costruzione, ecc. Allora devi dimostrare che questi tuoi nuovi sviluppi sono sicuri da usare. È qui che va il costo: ricerca scientifica (che comporta sempre il rischio che la tua nuova idea non funzioni come speravi), sviluppo della nuova tecnologia a un livello pronto per il consumatore e certificazione.

Penso che la maggior parte delle risposte affronti i punti abbastanza bene, i team sono enormi e ci sono molti costi kit coinvolto.Aggiungerei altri tre punti:

• Esiste un rischio che deve essere valutato. Non è come in Pharma, ma non tutti i motori si vendono ugualmente bene, quindi è necessario gestire i costi per motori e progetti diversi.

• Queste sono macchine altamente specializzate, quindi insieme a un nuovo motore svilupperai nuovi strumenti, nuove tecniche di misurazione e nuovo software. (Ci sono molti spin off e vantaggi risultanti da questi programmi, ad esempio: touch trigger probe )

• Solo per illustrare il punto dei materiali e dei costi di produzione, questi motori sarebbero più economici se realizzati in oro massiccio.

Mi capita di conoscere il ragazzo che progetta il profilo per il fan di uno dei grandi produttori. È solo laccademico che contribuisce a quel progetto, e questo è lunico problema su cui lavora. Ma ciò ha comportato lo sviluppo di nuovo software per calcolare il flusso.

Il problema non riguarda fondamentalmente i motori a reazione, ma la costruzione di cose complesse in generale.

Le ragioni sono le stesse della costruzione un software complesso. Ci sono solo differenze graduali.

La domanda può essere vista come ” Perché costa sorprendentemente molto creare sistemi complessi di alta qualità? ”

Il problema principale è c complessità. La progettazione dei motori a reazione esistenti è complessa e sappiamo che progettare unalternativa è un processo complesso più complesso di così. Lo stesso per costruirne uno in serie.

Vogliamo creare un artefatto complesso, chiamiamolo ” nuovo motore a reazione “.

Per fare questo,

abbiamo bisogno di un design per esso.

Come base di ciò, abbiamo bisogno di una specifica di design .

Per verificarlo, dobbiamo costruire almeno unistanza.

In pratica, vogliamo essere effettivamente in grado di creare più esemplari per un costo per istanza limitato.

Ciò significa che dobbiamo creare anche molti altri artefatti:

Dobbiamo creare uno o più prototipi senza limitare i costi.

Dobbiamo creare un set completo di strumenti per produrre più istanze del manufatto.

Dobbiamo anche creare strumenti per testare il manufatto.

Dobbiamo testare uno o più prototipi e più istanze prodotte in base al specifica di progettazione.

Dobbiamo fare in modo che unorganizzazione esterna collauda la specifica di progettazione in base alle regole di certificazione.

Dobbiamo fare un istanze di test di unorganizzazione interna basate su regole di certificazione.

Dobbiamo creare documentazione, comprese istruzioni affidabili per più varianti di servizio.

Nota che tutto questo è indipendente dalla complessità della cosa vogliamo creare. Non dipende nemmeno dal fatto che costruiamo un artefatto fisico, si applica lo stesso per costruirne una simulazione, producendo istanze integrandole nella simulazione dellaereo del cliente.

I molti passaggi sono in qualche modo complesso in sé. Quando i passaggi interagiscono, la complessità tende a moltiplicarsi invece di sommarsi. Ad esempio, un errore minore nella specifica di progettazione causa modifiche minori nella maggior parte dei passaggi e ciascuno di essi ha un sovraccarico significativo. Cambiare una dimensione della vite e la forza di una saldatura richiede praticamente lo stesso sforzo di cambiare solo la dimensione della vite, perché le spese generali stanno dominando.

Se stiamo costruendo qualcosa di complesso, ci sono alcuni aspetti controintuitivi in termini di complessità. Un aspetto importante è che la complessità e lo sforzo dei test aumentano molto rapidamente per aumentare i requisiti di qualità. Ciò è in parte dovuto al fatto che ci sono molti più piccoli errori che maggiori. Significa che devono essere gestiti molti più errori singoli, richiedendo più prototipi. Il sovraccarico per la gestione di un piccolo errore è più o meno lo stesso di un grande errore.

Per illustrare leffetto dellaumento dei requisiti di qualità, pensa alla costruzione di un aereo basato su un piano che specifichi la forma e le dimensioni delle sue parti . Confrontalo con un requisito aggiuntivo della lunghezza totale con una tolleranza di pochi centimetri. Ora, è necessario prendere in considerazione la variazione delle connessioni dei componenti, come la distanza delle viti dai bordi delle parti e anche lespansione termica delle parti. Affinare ora i requisiti per specificare la lunghezza con una tolleranza di alcuni millimetri secondo una curva di temperatura. Ora, alcuni test devono essere eseguiti più volte, dopo aver scoperto quante volte sono sufficienti. E le differenze nellespansione termica di diversi materiali e parti di diversi fornitori diventano rilevanti. Hai capito. E nel caso in cui sembrasse irrilevante preoccuparsi dellespansione termica: il Lockheed SR-71 Blackbird perdeva effettivamente carburante quando faceva freddo a terra, ma non lo faceva quando volava a Mach 3.2 e circa 300 ° C di temperatura dello scafo, sulla base di limiti di precisione accettati . Il Concorde è diventato più lungo di 17 cm in volo a circa 100 ° C.Si sono divertiti moltissimo a posizionare le linee idrauliche.

Fondamentalmente, laggiunta di singole parti è molto più complessa di quanto si possa immaginare. Laggiunta di una parte a un motore a reazione non implica solo la stabilità della parte, ma anche la stabilità e il cambiamento di forma durante il ciclo di riscaldamento e la determinazione di un numero accettabile di cicli prima della manutenzione.

Si noti che tutto questo, a parte illustrare esempi, non ha nulla a che fare con i motori a reazione, nemmeno se vogliamo costruire qualcosa di fisico.

Gli elementi di progettazione specifici per un motore a reazione possono essere trovati in altre risposte, e una stima della loro complessità può essere utilizzato per derivare lo sforzo complessivo qui.

Le risposte esistenti fanno un ottimo lavoro nel rispondere al motivo per cui i motori a reazione sono costoso da sviluppare: perché sono così complicati. Lasciami provare a rispondere, perché i motori a reazione sono così complicati? Per capirlo, dobbiamo esaminare leconomia dei motori a reazione e si tratta di efficienza del carburante.

Supponiamo che tu vada a comprare unauto nuova e unauto ottenga l1% di carburante in più chilometraggio che laltro. Forse 30 mpg e 30,3 mpg. Diresti che sono così vicini che a malapena importa. Potrebbe anche essere identico e inizi a guardare quale ha il sistema audio migliore o i sedili più eleganti. Ma quando le compagnie aeree acquistano nuovi aerei, la differenza dell1% nellefficienza del carburante è ENORME.

Le compagnie aeree sono grandi e il carburante per aerei è costoso. Una compagnia aerea di dimensioni modeste (diciamo Jet Blue) spenderà \ $ 1 – 2 miliardi allanno solo per il carburante degli aerei. E, quando acquisti un nuovo aereo, generalmente durerà 30 anni. Quindi, per tutta la durata della flotta, la compagnia aerea sta spendendo qualcosa come 45 miliardi di dollari in carburante. Se un motore a reazione è peggiore dell1% in termini di efficienza del carburante, ciò costerà alla compagnia aerea ~ $ 450 milioni in 30 anni. Ciò equivale all uno per cento di differenza nellefficienza del carburante.

Ora ci sono altre cose che potrebbero compensare questo, come il prezzo di acquisto del motore, il costo dellassistenza e dei pezzi di ricambio, ecc. Quindi un motore a reazione con un consumo di carburante peggiore dell1% lefficienza potrebbe ancora essere complessivamente competitiva se compensasse in altri settori. Ma al di là di una piccola percentuale, la differenza è così grande che non potresti nemmeno darli via.

Quindi ciò che si ottiene è questa intensa “corsa agli armamenti” tra i principali OEM di motori a reazione. Uno azienda rende il loro motore un po più complicato in modo che possano migliorare lefficienza del carburante di una piccola frazione, e poi tutti gli altri corrono per recuperare il ritardo. Questo continua anno dopo anno, modello di motore dopo modello di motore, e prima che tu lo sappia cosa iniziato come una macchina abbastanza semplice è stato estremamente complicato e quindi costoso da realizzare.

Commenti

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Miliardi? Citazione necessaria. Un po di matematica lo confuta. Un aereo economico, forse 4 voli al giorno, 150 pers. per volo, 60 dollari per biglietto. Il ricavo lordo è di 13,14 milioni allanno. Assolutamente no potrebbe mai avvicinarsi a 1 miliardo. Intendevi 1 – 2 milioni ?
• @ DrZ214 no intendevo miliardi. Vedi ad esempio: businessinsider. com / … key quote ” … il carburante e le relative tasse sono aumentate a \ $ 515 milioni per il trimestre “. Quindi \ $ 500 milioni / trimestre sono 2 miliardi allanno. Inoltre, Jet Blue è decisamente più di 4 voli al giorno, ‘ è più simile a 1000. Forse li stai confondendo con una compagnia aerea diversa?
• Oops, Ho letto ” aereo di linea ” e lho visto come un aeroplano, come in un unico aereo. Sì, lintero aereo di linea potrebbe avere migliaia di voli al giorno. ‘ lascio questi commenti qui nel caso in cui altri li leggessero male.
• @ DrZ214 Lho citato in questo modo perché le compagnie aeree don ‘ t acquista solo un motore alla volta. Quando prendono una decisione di acquisto, di solito si impegnano a 10 se non 100 di motori alla volta. Quindi i costi del carburante coinvolti in una singola decisione di acquisto sono elevati.

Questa è solo una parte del risposta, ma non volevo postarla in un commento dopo che i moderatori hanno detto di tenere le risposte fuori dai commenti:

Guarda il concetto di contabilità di un “tasso gravato”. Aiuta a ricordare che non hai bisogno solo di 100 ingegneri che collaborano. Hai bisogno di 100 ingegneri in un edificio che deve mantenere le luci accese e il riscaldamento e / o laria condizionata, con custodi e assistenti amministrativi e tutte le altre persone meravigliose che mantengono gli ingegneri produttivi. Quando si tiene conto di tutti questi altri costi aziendali, la tariffa oraria che lazienda deve pagare (a differenza di quanto riceve lingegnere) è abbastanza diversa.