Hvorfor koster nye jetmotorer milliarder å designe?

Selv om vi ser bort fra lønnene til alle involverte; ingeniører, selgere, ledelse, Q / A-team, produksjonsteam, flere selgere, og deretter noen få ekstra ingeniører …

Jeg don » t forstå. Hvis det bare er å designe en jetmotor, kan råvarer umulig være en viktig faktor, selv om det er noe som titan eller kompositter.

Selv om råvarene alene ikke nødvendigvis er kostbare, kan materialene, så vel som bearbeiding og bearbeiding , være ganske kostbare. Dette kan kompletteres ytterligere hvis motoren bruker noe slags nytt materiale til som det ikke er noen effektiv produksjonsmetode ennå. Dette var tilfellet for hele produksjonen av SR-71 Blackbird som som trengs for å finne ut hvordan man kan jobbe med titan før man faktisk bygger noe . Selv når de skreddersydde delene er produsert for en ny motor, må selskapet finne ut hvordan man kan produsere deler i tilstrekkelig mengde y for å produsere motorene for markedet.

Hvor mange prototyper kan du muligens trenge? Jeg mener jeg håper det ikke er alle prøving og feiling.

Det er ikke, men FAA kan kreve forskjellige demonstrasjoner der de ødelegger motoren og du kan vedde på at produsenten kommer til å prøve det før du kjører noen offisielle tester. Når de første testene som er bestått, må flying prototyper bygges og testes på ekte flyrammer som koster penger, og kjøre flydrivstoff som koster penger.

Den andre tingen er dataprogramvare, som jeg trodde ville gjøre ting enklere og billigere å designe. Gitt at du ikke bare kan legge inn ønsket trykk og trykke på en knapp, men det er sikkert anstendig flytende dynamisk programvare der ute som kan hjelpe deg med å designe noe mye enklere og raskere enn før.

Det gjør noen ting raskere, som FEM , og gjør det enkelt komplisert ruting, men som en god skiftenøkkel er CAD-programvare en verktøy som gjør ting raskere og enklere. Det gjør ikke jobben for deg.

Kommentarer

• Tall for drivstoffkostnader for å kjøre en moderne motor på forskjellige effektnivåer for en testdag. kan være nyttig for å forsterke dette svaret.- Også ytterligere vurdering av kostnader som eiendom og potensielle ‘ arvskostnader ‘ som å betale ut for aksjonærer eller opprettholde pensjonsmidler kan være nyttig for fremheve. Jetmotorprosjekter er vanligvis ikke ‘ t utført av en ensom ingeniør ‘ s garasje … Som de sier, kostnadene legger opp , og så må du til slutt betale folk for å legge sammen kostnadene …
• Undervurder aldri kostnadene for å bygge verktøyene som kreves for å bygge et produkt. Ikke-luftfartseksempel: verktøyet som kreves for å produsere en integrert kretschip kan koste mer enn en million dollar, og at ‘ antar at du allerede eier alt produksjonsutstyret. Hver gang testene dine finner en feil som krever en stor endring, må du betale kostnadene på nytt.
• Jeg ser ‘ råvarene ‘ og jeg reiser deg titanium smith .
• Her er en kul lenke der den viser hvordan motoren testes … de ‘ testes på et plan bygget for å teste motorer …
• Verdt å merke seg at fordi moderne CAD gjør ting raskere og enklere, kan ingeniører designe mer kompliserte ting. Du slutter ofte ikke ‘ til å bruke mindre tid på å designe ting, du designer ting som bare ikke var ‘ t mulig før.

Jetmotorer er noen av de mest komplekse maskinene som noensinne er opprettet. De må være så lette, effektive, trygge og pålitelige som mulig. Det er en grunn til at de fleste nye passasjerfly nylig har blitt påvirket av forsinkelser fra motorprodusenter. Dette er en vanskelig balanse å konstruere når det er tidsplan og budsjett.

Jetmotorer kan absolutt være billigere å utvikle og kjøpe. Du kan få dem til relativt «rimelige» priser for fjernstyrte fly. Men kostnadene øker absolutt med skala, og en flyeier forventer at en motor skal gå i tusenvis av timer med minimalt vedlikehold mens du brenner så lite drivstoff som mulig og ikke skader noen. Hver nye generasjon motorer har vært mer effektive enn den forrige, og forbedringene kommer ikke gratis.

Hvis det bare er å designe en jetmotor, så kan råvarer umulig være en viktig faktor, selv om det er noe som titan eller kompositter.

Det er ikke bare råvarene, men prosessen som er involvert. Moderne motorer presser materialene til sine grenser og utover. Avanserte produksjonsteknologier må utvikles.

La oss si at du har et nytt materiale eller en ny prosess du vil bruke. Det kan enkelt ta minst hundretusenvis av dollar bare for å utvikle en, og en ny motor kan inkludere mange av disse. Selv for et billig råmateriale, krever arbeidskraften å lage testartikler, sette opp tester, kjøre dem og dokumentere resultatene vokser veldig raskt. Du vil være sikker på at du forstår hvordan det nye materialet eller prosessen vil fungere før du går videre med det. Hvis ting går galt , oppretter du store problemer for kundene dine (flyprodusenter og deres kunder).

Hvor mange prototyper kan du muligens trenge? Jeg mener jeg håper det ikke er alle prøving og feiling.

«Trial and error» kalles noen ganger også «science» det er det du trenger for å utvikle ny teknologi. Åpenbart når testene skrider frem og risikoen øker, vil du at «feil» -delen fortsetter å synke. Men prøvedelen er veldig viktig for å forstå hvordan ting faktisk vil fungere (eller ikke). Dette betyr ikke bare prototyper i full skala (som vil gå gjennom flere design-iterasjoner, til og med gjennom flysertifisering), men også delsystemer og komponenter. Og du må gjøre nok tester for å ha statistisk tillit til at resultatene kan reproduseres pålitelig.

Den andre tingen er dataprogramvare, som jeg trodde ville gjøre ting enklere og billigere å designe.

Dette er absolutt sant og disse teknologiene har redusert mengden fysisk testing som må gjøres. Men uansett vil det koste deg penger.

Med produkter som jetmotorer betyr ikke bedre verktøy generelt «hvor billig vi kan gjøre denne prosessen «men» hvor mye mer ytelse kan vi få for de samme pengene. «

Så hva gjør det så dyrt? Er det noen super kostbare sertifiseringsprosesser?

Ja. Folk liker å fly på fly med motorer som fortsetter å fungere og ikke eksploderer. Dette betyr strenge regler og sertifisering.For FAA dekker 14 CFR del 33 sertifiseringskravene for jetmotorer, for å prøve å gjøre feilhendelser så sjeldne som mulig. Her er bare noen av testene som kreves av regelverket:

• Vibrasjon
• Overtorque
• Kalibrering
• Utholdenhet
• Overtemperatur
• Fullt driftsområde
• System- og komponenttester
• Rotorlås
• Full nedrivning
• Bladinneslutning / ubalanse i rotor
• Inntak av regn, hagl og fugl

Noen av disse testene kommer til å være destruktive, enten ved design eller ved et uhell. Noen av dem kommer til å ta mye tid og krefter. Bare papirene som er involvert i å forstå alle disse kravene og dokumentere til regulatorene at du har møtt dem, kan lett ta en god del av de 100 menneskene dine.

Kanskje noen kan forklare den generelle prosessen med jetmotordesign i utgangspunktet fordi jeg er sikker på at det vil være nyttig. Slik jeg forestiller meg det, går du bare trinn for trinn og prøver å få hver bladform og diameter riktig.

Det høres ut som om du har det grunnleggende idé. Men ingeniørarbeid handler om djevelen i detaljene.

For det første kan moderne motorer ha 20 eller flere trinn, festet til 2 eller 3 separate spoler. Ingeniørene må bestemme det optimale antall trinn og spoler for motordesignet. Dette betyr å analysere mange forskjellige konfigurasjoner, og kompleksiteten har en tendens til å øke eksponentielt, ettersom hvert trinn påvirker resten av systemet.

Ja, prosessen er relativt enkel hvis du har gitt statiske forhold å analysere. «Det er viktig å optimalisere drivstofforbruket på cruise. Men motoren må fortsatt fungere over et stort utvalg av forhold. Så er det de dynamiske forholdene for akselerasjon og retardasjon. Motoren må starte og være stabil i både medvind og medvind. Den må kunne starte på bakken eller i luften etter å ha blitt ekstremt kald. Merkelige ting kan skje når ting utvides og trekkes sammen med temperaturen.

Hvis du ser på enkel analyse av hvordan trykk og temperaturendring gjennom en jetmotor, er det sannsynligvis mye hånd som vinker rundt et trinn som kalles» forbrenningsanlegget «hvor du magisk får en temperaturøkning. Prosessen med å forbrenne drivstoff under ekstreme forhold til en jetmotor er ekstremt kompleks. Luften som suser foran må komprimeres og deretter sakte nok til ikke slukk flammen. Flammen må være inneholdt i forbrenningsdelen under hele operasjonen, og ikke overopphete turbinstadiene bak den.

Høyere temperaturer og trykk gir bedre effektivitet, men materialene blir presset til sine grenser. Nye superlegeringer og produksjonsteknikker må perfeksjoneres for å lage materialer som tåler ekstreme temperaturer mens de spinner med tusenvis av RPM. De må sette små hull og passasjer i bladene for å tvinge ut kjøleluft som dekker bladets overflate, slik at den ikke kommer i direkte kontakt med den ekstremt varme luften i turbinen.

Så har du også mekanisk energi utvinnes av en generator, og pneumatisk energi utvinnes til flyets luftluftsystem. Motoren må være i stand til å takle varierende krav fra disse systemene.

Det er også problemet med forskjellige spoler som roterer og tusenvis av turtall og ikke forårsaker for mye friksjonsvarme eller slites for tidlig. Ingeniører trenger å forstå temperaturene, aerodynamikken og rotasjonsbelastningen på hver del gjennom hele driftsområdet til motoren, og hvordan den påvirker resten av motoren.

Og det er ikke bare nok til å få noe som fungerer. Noen vil alltid stille spørsmålet: «Hvordan kan vi gjøre dette mer effektivt?» Moderne motorer trekker mange forskjellige triks for å presse ut hver eneste effektivitet de kan. Luft tappes ut og vinger kan justeres for å gjøre motoren stabil under alle driftsforhold. Nye konsepter og teknologier utvikles. Moderne turbofans har problemet med en lavtrykkturbin i ryggen som trenger å snurre så fort som mulig for å være effektiv koblet til en vifte i fronten som trenger å spinne mye saktere for å være effektiv. For Pratt & Whitney-eksemplet du gir, var løsningen deres en girkasse for å la de to svinge i forskjellige hastigheter. Dette var en veldig vanskelig utfordring som tok dem flere tiår å endelig komme inn i et sluttprodukt.

All denne kompleksiteten må styres av programvare som overvåker en rekke sensorer i hele motoren og kontinuerlig justerer de mange parametrene for å opprettholde stabil og effektiv drift. Denne programvaren må kjøres på datamaskiner som vil fungere over et stort temperaturområde og under konstant vibrasjon.

Du må også huske på hvordan alle disse tusenvis av delene vil bli produsert og deretter satt sammen, og deretter vedlikeholdt gjennom motorens levetid. Du trenger folk som planlegger å sikre at en mekaniker får tilgang til de riktige komponentene med verktøyene de trenger, og hvilke prosesser som må følges for å montere og demontere de forskjellige delene.

Så er det også sikkerhetseffekter som støy og forurensning. Det vil være ingeniører som har til oppgave å forstå hvordan disse genereres og hvordan de kan reduseres til akseptable nivåer med så lave kostnader som mulig.

Dette er bare en oversikt over de mange områdene som er involvert i utformingen av en jetmotor. Det er absolutt flere, og hver detalj her kan lett kreve et spesialisert team som jobber med det.

Kommentarer

• Naturligvis beregnet jeg bare at vi trenger Omtrent 1000 av disse £ 50 skyver RC-motorer (5000 $ hver) for å få en A320 til å fly. 🙂
• @PerlDuck Har du tatt med i beregningen det høyere drivstofforbruket til motorene, den ekstra vekten til motorene og det ekstra drivstoffet, og det høyere drivstofforbruket på grunn av den ekstra vekten, og tilleggsvekt av det drivstoffet og det høyere drivstofforbruket på grunn av den ekstra vekten …?
• Dette er en flott oversikt over kompleksiteten til en moderne ‘ ‘ motor, men jeg så ikke ‘ noe som viste hvordan det hele ble opp til USD 10B. Å estimere antall personer som kreves for spesifikasjonene, design og redesign, test, fasiliteter, etc. vil hjelpe dette svaret (for meg.)
• @ Alexander Selvfølgelig har jeg ikke det. Det var bare en vits. Jeg var bare nysgjerrig på hvor mange av de små vi trenger. Fikk meg til å tenke på en flue med tusenvis av små øyne sammenlignet med andre dyr med bare to større.
• @CramerTV, antall involverte personer? Mye. Hvis du for eksempel ‘ bruker en ny superlegering, må du tallfeste egenskapene til materialet: en mekanisk testtekniker for å måle styrke, hardhet, seighet og så videre , en kjemiker for å bekrefte sammensetningen, en maskinist for å konvertere bulkmetall til testprøver, og en laboratorieleder for å koordinere ting. At ‘ er fire personer for bare ett aspekt av en del av utformingen av en jetmotor.

Sist jeg sjekket, tjener de fleste forskere og ingeniører ikke millionærlønn. Jeg tror det er mer enn 100 til 250 000 topper. Selv om du hadde 100 av dem som jobbet i 10 år på det, ville det være 250 millioner dollar, eller en kvart milliard dollar.

Lønnene i luftfart er i gjennomsnitt mindre enn 100 000, det er ikke IT, men de er ikke problemet.

Du kan utvikle en grunnleggende eksperimentell jetmotor med 100 ingeniører og vitenskapsmenn. Saken er at du ikke kan designe og bygge en masseprodusert turbofanmotor med et slikt team.
Du kan med 1000. Men flyselskaper og myndigheter vil ha det pålitelig, og du kan ikke bygge en pålitelig høy-bypass turbofan med bare 1000. Det tar tusenvis på grunn av hvor grundig alt må valideres og dobbeltsjekkes.

Bygge en konkurransedyktig passasjerfly motoren er enda vanskeligere. Det ville være omtrent realistisk i dag med 10 000 ansatte, men fortsatt en bragd. Jobben er ikke bare design av motordeler, det meste av hardt arbeid er å prøve ut hundrevis av materialer i R & D, maskindesign, teknologiutvikling, QM og QC-utvikling. Alle ting som bidrar til å produsere gode motorer, og deretter produsere dem effektivt.

Saturn, en av de mindre jetmotorbyggere i dag, har ~ 23 000 ansatte.
Pratt & Whitney, den minste av de tre store i Vesten, har ~ 40 000.
Rolls-Royce, som for det meste lager luftfartsmotorer (bilmerket ble solgt for lenge siden) har ~ 50 000 ansatte.
Også ~ 50 000 for GE Aviation, med ytterligere 200 000 i General Electric totalt.

Ikke alle disse er ingeniører og forskere, men mer enn halvparten av personalet i slike høyteknologiske bransjer er innen forskning, design, prosjektering, ledelse og andre jobber som bidrar til designkostnader.

Det faktiske designteamet for en moderne jetmotor vil være under 1000 personer. Men det er bare menneskene som gjør arbeidet på høyt nivå, flytskjemaene, FEA-beregningene, designmodellene.
De vil stole på tusenvis for å gi dem dataene. Fra modellene deres vil tusenvis flere produsere detaljerte tegninger og CNC-programmer for hver enkelt del. Deretter må det utvikles et eget QC-program for hver enkelt del.

Du kan ikke bare kopiere og lime inn fra designtegninger til CNC-programmer. Du kan heller ikke kopiere og lime inn fra disse til målemaskinprogrammer for QC.Målegrunnlagene er forskjellige, så toleransene er forskjellige, det er et forskjellig detaljnivå. Gjør den feilen bare en gang. For en liten og ikke spesielt kritisk del, og konsekvensene kan merkes .

Svarene er alle veldig gode ved at de beskriver potensielle kostnader, men la Jeg gir en annen vinkel for å se på denne typen spørsmål. I et svært konkurransedyktig miljø vil selskaper kaste så mye penger på et problem som det er verdt for dem å få løst. I økonomisk tale: «marginalkostnad tilsvarer marginal gevinst» .

Når man designer en ny motor, starter man med alle endringene som gir en stor ytelsesforbedring til en lav kostnad. Over tid blir disse «trivielle» endringene utforsket, og hvis det er nok «gevinst» fra kontinuerlig angrep på problemet, mer kompliserte endringer med mindre forventede gevinster vil bli angrepet.

Tenk nå på hvor høy gevinsten fra en visning Utviklingen til en motor er: Hvor mye drivstoff spares i løpet av de mange tusen timene? Hva er den forventede fremtidige markedsverdien av det drivstoffet i en verden med økende knapphet og forventet CO2-beskatning?

Tenk nå at du vil implementere denne nye motoren ikke i et enkelt fly, men i en stor flåte på hundrevis, kanskje tusenvis av fly? Enhver forbedring av motoren du lager har bare slike en stor markedsverdi. Til slutt, vurder at mange forbedringer til neste generasjon motorer kan tas over til nyere utvikling senere, noe som blir referert til som «å stå på gigantenes skulder».

Et eksempel Ta en motor som koster rundt 30 millioner USD. En ytelsesforbedring som øker verdien på hver motor med bare 1%, vil være verdt 300 millioner USD hvis den selges 1000 ganger. Hvis den ytelsesforbedringen kan brukes på nytt i de neste 10 generasjonene av motorer, er den verdt 3 milliarder dollar. Dette enkle eksemplet viser at marginalverdien til R & D kan bli veldig høy veldig raskt, og at selskapene derfor er villige til å kaste mye penger på disse problemene.

Når jeg legger til andre gode svar, vil jeg fokusere på forskningen.

Arbeidet med å utvikle og utforske ideer som ikke bare er i stand til å løse via datamodeller, er enormt .

Som andre svar bemerker, utvikles jetmotorer i forkant av teori og nye ideer, i tillegg til å presse eksisterende.

Konkret typisk eksempel # 1

Anta at vi tror at et vifteblad kan gjøres sterkere hvis den støpes på en måte som den vokser uten visse krystallinske feil, eller med en viss krystallinsk struktur som i teorien burde være mulig. Kall det «delta form titanium-carbon crystal matrix», eller «delta-TCCM «for kort. Dette vil tillate 1,7% tynnere og lettere kniver, uten tap av styrke eller sikkerhet, eller kniver som kan løpe 1,5% raskere uten økning i stress. Hvis det er riktig, kan dette være en stor sak som en del av neste generasjon den nåværende motoren.

Problemet er at det er så langt som en modell tar deg. Nå må du faktisk oppnå det pålitelig som et materialvitenskapelig problem. Du må

• Designe en prosess for å utvikle delta-TCCM pålitelig i et laboratorium, noe som kan være en stor utfordring. Du må kanskje utforske flere teknikker, vurdere hvordan de skaleres, deres følsomhet for feil og risikoer. Forholdene for pålitelig delta-TCCM-produksjon med lav feilfrekvens kan være veldig presise og vanskelige å opprettholde i den tiden det tar. Dette kan være et stort problem, langt fra trivielt. Hvis du ikke vil at det skal ta år, må du kanskje kaste 600 mennesker bare på delta-TCCM-undersøkelsen, for å gjøre det fra et konsept til et brukbart materiale med bekreftede egenskaper.

• Egenskapene kan bare være noe forutsigbare av teorien. Du må kanskje legge til spormengder eller små prosessendringer, etter tarmfølelse, for å løse problemene. Hver av disse er et mini-prosjekt i seg selv.

• Materialet kan være vanskelig å forme når det er formet, så du må kanskje gå tilbake til laboratoriet ditt for ikke bare å lage utstyr for å lage det pålitelig, men for å lage det pålitelig for å forme . Perfekt form.

• Du må skalere opp fra laboratorie til industri skala. Betydning, å lage nok av det til å bekrefte egenskaper, og til slutt å bygge kniver. «er også langt fra trivielt. Industrien er full av ting som er enkle å lage i små mengder for forskning, men utrolig vanskelig å produsere i skala til de samme forholdene. Går pålitelig fra 2 mm ² prøver uten påvisbare krystallinske / atomstrukturfeil, til buet 1.5m vifteblad uten påvisbare krystallinske / atomstrukturfeil, er akkurat så vanskelig som det høres ut i mange tilfeller.

• Du må teste og vurdere ti tusen prøver på tusen måter – isolert og i tusen scenarier i en motor. Dette er en veldig intens prosess. Hva er atomstrukturen, hvordan mislykkes den (hva er dens modus for svikt og trygge grenser), hvordan reagerer dens atomstruktur på hundre tusen kombinasjoner / typer / mønstre av stressfaktorer, både på kort og lang sikt – får nok forståelse av de faktiske egenskapene for å kunne stole på dem for strålesikkerhet. Kanskje gå tilbake til det grunnleggende hvis noe ikke er nødvendig. Når alt kommer til alt, hvis bare en motor svikter og feilen spores til et grunnleggende spørsmål med materialet, er hele ditt omdømme og produktspekter i fare , og refusjon forfaller for solgt så langt, pluss søksmål. Hele $ 500 milliarder virksomheten din kan i verste fall settes i fare.

• Du kan også bygge 2 eller 3 hele prototypeproduksjonsanlegg (fabrikker) på forskjellige steder, bare for delta-TCCM, for å bekrefte at du faktisk kan reprodusere delta-TCCM-kvalitetskontrollen din pålitelig over tid og i forskjellige virksomheter / kilder.

• Vifteblad er vanligvis laget av en kombinasjon av forskjellige materialer. For eksempel bruker GE-9X, for tiden den største turbofanmotoren, en karbonfiberkompositt med forkanter av stål og bakkant av glassfiber for beskyttelse mot fugleslag. Bare å lage og forme delta-TCCM er ikke nok, den trenger også teknikker som la det være en del av et sammensatt blad, tett nok til å beholde sin enhetlige struktur under alle belastninger, og varme / kjølesykluser og vibrasjoner som er en del av jetbladets levetid. Hvis komponentene ikke beveger seg, krymper og utvides sammen, kan bladet til slutt svekkes.

• Hvis det fungerer, må du kanskje bygge en hel verktøykjede bare for delta-TCCM. Maskineringsverktøy, produksjonsverktøy, knivstøp (kanskje de «destruktivt støpes, og du trenger en ny form for alle deler), spesialiserte laser- eller andre sveiser, utvikling av delta-TCCM belegg og lim å holde ut i et motormiljø, som alle er deres egne uavhengige prosjekter. Arbeidene.

Og det er bare prosjektet for å kommersialisere delta-TCCM. $ 20-50 millioner enkelt, utenpå toppen (totalt gjetning fra min side, men gir en Du kan ha 50 eller 200 slike prosjekter på gang, og andre som kommer opp i din R & D-strøm, alt relatert til konsepter du skal utforske for din nye generasjon motorer – og alle kostnadene de trenger å få igjen ved salg av motoren når den er endelig ferdig.

Konkret eksempel 2:

Romfergen måtte motstå intens varme ved re-entry. Langt mer varme enn noe materiale muligens tåler. Ideen som ble nådd var enkel: ablasjon. Belegget vil brenne bort i stedet for å smelte, og gradvis eksponere lag nedenfor, men ikke nedbrytende som en helhet.

Å lage materialet var en stor innsats. Det var ikke mye teori om slike ting, bare et mål å lage et slikt materiale. Stor forskning. Og hver gang, «Bra. Finn nå en måte å gjøre det samme på, men gjør det 20% mindre vekt «.

Kommentarer

• Legg til kostnaden for alle ideene som hørtes flott ut til de traff et tilbakeslag i et av trinnene som bare ikke kunne ‘ ikke overvinnes. All den tid, penger & innsats for et skrinlagt prosjekt og tid til å starte på nytt.

I tillegg til de andre svarene:

Jetmotorer er ikke bare komplekse, de opererer på kanten av det som er fysisk mulig. For eksempel kjører moderne jetmotorer ved indre temperaturer som kan være høyere enn smeltepunktet til metallene som brukes.

Når du designer en ny jetmotor, for at den skal lykkes i markedet, må den være bedre enn motorene som er tilgjengelige for øyeblikket: den må ha mer trykk, lavere støynivå, lavere drivstoff forbruk, høyere pålitelighet, lavere driftskostnader eller en kombinasjon av disse.

Dette betyr at hvert design beveger seg «kanten av det som er fysisk mulig», dvs. det fremmer den nyeste teknikken. Det er ikke bare et nytt motordesign, du må utvikle nye materialer, nye konstruksjonsmetoder osv. Så må du bevise at disse nye utviklingene dine er trygge å bruke. Det er her kostnadene går: vitenskapelig forskning (som alltid bærer risikoen for at den nye ideen din ikke fungerer så bra som du håpet), utvikling av den nye teknologien til et forbrukerklart nivå og sertifisering.

Jeg tror de fleste svarene adresserer punktene ganske pent, lagene er enorme og det er mye dyrt sett involvert.Jeg vil legge til tre poeng til:

• Det er risiko involvert som må prises i. Det er ikke som i Pharma, men ikke alle motorer selger like bra, så du trenger å håndtere kostnadene på tvers av forskjellige motorer og design.

• Dette er høyspesialiserte maskiner, så sammen med en ny motor kan du utvikle nytt verktøy, nye måleteknikker og ny programvare. (Det er mange spin-offs og resulterende fordeler fra disse programmene, for eksempel: touch trigger probe )

• Bare for å illustrere poenget med materialer og produksjonskostnader, vil disse motorene være billigere hvis de er laget av massivt gull.

Jeg kjenner tilfeldigvis fyren som designer profilen for viften til en av de store produsentene. Han er bare den akademiske som bidrar til det designet, og det er det eneste problemet han jobber med. Men det innebar å utvikle ny programvare for å beregne flyten.

Problemet handler ikke fundamentalt om jetmotorer, men om å bygge komplekse ting generelt.

Årsakene er de samme som for å bygge en kompleks programvare. Det er bare gradvise forskjeller.

Spørsmålet kan sees på som » Hvorfor koster det overraskende mye å lage komplekse systemer av høy kvalitet? »

Hovedproblemet er c ompleksitet. Utformingen av eksisterende jetmotorer er kompleks, og vi vet at design av et alternativ er et prosesskompleks som er mer komplekst enn det. Det samme igjen for å faktisk bygge en i serie.

Vi vil lage en kompleks artefakt, la oss gi den navnet » ny jetmotor «.

For å gjøre dette,

trenger vi et design for det.

Som grunnlag for det trenger vi en designspesifikasjon .

For å bekrefte det, må vi bygge minst en forekomst.

I praksis ønsker vi å være i stand til å opprette flere eksempler for begrenset kostnad per forekomst.

Det betyr at vi må lage flere andre gjenstander også:

Vi må lage en eller flere prototyper uten å begrense kostnadene.

Vi må lage et komplett sett med verktøy for å produsere flere forekomster av gjenstanden.

Vi trenger også å bygge verktøy for å teste artefakten.

Vi må teste en eller flere prototyper, og flere produserte forekomster basert på designspesifikasjon.

Vi må lage en ekstern organisasjon som tester designspesifikasjonen basert på sertifiseringsregler.

Vi trenger å lage en e x eksterne organisasjonstestforekomster basert på sertifiseringsregler.

Vi må lage dokumentasjon, inkludert pålitelige instruksjoner for flere varianter av tjenesten.

Merk at alt dette er uavhengig av sakens kompleksitet. vi ønsker å skape. Det kommer ikke engang an på om vi bygger en fysisk gjenstand, den gjelder akkurat det samme for å bygge en simulering av den, og produsere forekomster ved å integrere den i flysimulering av kunden.

De mange trinnene er noe kompleks i seg selv. Når trinn samhandler, har kompleksiteten en tendens til å formere seg i stedet for å legge opp. For eksempel forårsaker en mindre feil i designspesifikasjonen mindre endringer i de fleste trinnene, og hver av dem har en betydelig overhead. Endring av en skruestørrelse og styrken til en sveis krever praktisk talt samme innsats som bare å endre skruestørrelsen, fordi overheadene dominerer.

Hvis vi bygger noe komplekst, er det noen motintuitive aspekter når det gjelder av kompleksitet. En viktig er at kompleksiteten og innsatsen med testing øker veldig raskt for å øke kvalitetskravene. Det er delvis fordi det er mange flere mindre feil enn større. Det betyr at mange flere enkeltfeil må håndteres, noe som krever flere prototyper. Overhead for å håndtere en liten feil er omtrent det samme som for en stor feil.

For å illustrere effekten av økende kvalitetskrav, tenk å bygge et fly basert på en plan som spesifiserer form og størrelse på delene . Sammenlign det med et tilleggskrav til total lengde med toleranse på noen få centimeter. Nå må du ta variasjonen av komponentforbindelser til regnskap, som avstanden til skruene til kantene på delene, og også den termiske utvidelsen av delene. Nå kan du avgrense kravene for å spesifisere lengden med en toleranse på noen millimeter i henhold til en temperaturkurve. Nå må noen tester gjøres flere ganger etter å ha funnet ut hvor mange ganger det er nok. Og forskjellene i termisk utvidelse av forskjellige materialer og deler fra forskjellige leverandører blir relevante. Du skjønner poenget. Og bare i tilfelle det virker irrelevant å bry seg om termisk utvidelse: Lockheed SR-71 Blackbird lekket faktisk drivstoff når det var kaldt på bakken, men gjorde det ikke når det fløy på Mach 3.2 og ca. 300 ° C skrogtemperatur, basert på aksepterte presisjonsgrenser . Concorde ble 17 cm lengre under flyturen ved omtrent 100 ° C.De hadde det veldig gøy når de plasserte hydrauliske ledninger.

I utgangspunktet er det mye mer komplisert å legge til enkeltdeler enn intuisjonen forventer. Å legge til en del i en jetmotor innebærer ikke bare stabilitet av delen, men stabilitet og endring i form over varmesykling, og bestemmelse av akseptabelt antall sykluser før service.

Merk at alt dette, bortsett fra illustrerende eksempler, har ingenting med jetmotorer å gjøre, ikke engang om vi vil bygge noe fysisk.

De spesifikke designelementene for en jetmotor finner du i andre svar, og et kompleksitetsestimat av dem kan brukes til å utlede alt som kreves her.

De eksisterende svarene gjør en god jobb med å svare på hvorfor jetmotorer er dyre å utvikle: fordi de er så kompliserte. La meg prøve å svare, hvorfor er jetmotorer så kompliserte? For å forstå det, må vi undersøke økonomien til jetmotorer, og det kommer ned på drivstoffeffektivitet.

La oss si at du handler for en ny bil, og en bil får 1% bedre bensin. kjørelengde som den andre. Kanskje 30 mpg og 30.3 mpg. Du vil si at de er så nærme at det knapt betyr noe. Kan like godt være identisk, og du begynner å se hvilken som har det bedre lydsystemet eller de mest stilige setene. Men når flyselskapene handler nye fly, er 1% forskjell i drivstoffeffektivitet ENORM.

Flyselskaper er store, og flydrivstoff er dyrt. Et flyselskap med beskjeden størrelse (si Jet Blue-størrelse) vil bruke $ 1 – 2 milliarder dollar per år på flydrivstoff alene. Og når du kjøper et nytt fly, vil det vanligvis vare i 30 år. Så i løpet av flåtens levetid bruker flyselskapet noe som 45 milliarder dollar i drivstoff. Hvis en jetmotor er 1% dårligere i drivstoffeffektivitet, koster det flyselskapet ~ 450 millioner dollar i løpet av 30 år. Det betyr en prosent forskjell i drivstoffeffektivitet.

Nå er det andre ting som kan kompensere for det, som kjøpesummen på motoren, kostnadene ved service og reservedeler osv. Så en jetmotor som er 1% dårligere i drivstoff effektivitet kan fremdeles være konkurransedyktig generelt hvis det gjør opp for det på andre områder. Men utover noen få prosent er forskjellen så stor at du ikke engang kunne gi dem bort.

Så det du ender opp med er denne intense «våpenkappløp» -konkurransen mellom de store jetmotoren OEMS. selskapet gjør motoren sin litt mer komplisert slik at de kan forbedre drivstoffeffektiviteten med en liten brøkdel, og så løper alle de andre for å ta igjen. Dette fortsetter år etter år, motormodell etter motormodell, og før du vet hva startet som en ganske enkel maskin har vært ekstremt komplisert, og dermed dyrt å lage.

Kommentarer

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Milliarder? Sitat nødvendig. En liten matte motbeviser dette. Et budsjettfly, kanskje 4 flyreiser per dag, 150 ppl per flytur, 60 dollar per billett. Bruttoinntekten på det er 13,14 millioner per år. kunne noen gang nærme seg 1 milliard. Mente du 1-2 millioner ?
• @ DrZ214 nei jeg mente milliarder. Se for eksempel: forretningsinsider. no / … nøkkeltilbud » … drivstoff og tilhørende avgifter steg til $ 515 millioner for kvartalet «. Så $ 500m / kvartal er 2 milliarder per år. Jet Blue er også definitivt mer enn 4 flyreiser per dag. Det ‘ er mer som 1000. Kanskje du forveksler dem med et annet flyselskap?
• Ups, Jeg leste » passasjerfly » og så det som fly, som i 1 enkeltplan. Ja, hele passasjerflyen kan ha tusenvis av flyreiser per dag. Jeg ‘ Jeg legger igjen disse kommentarene hvis andre leser feil.
• @ DrZ214 Jeg siterte det slik fordi flyselskapene ikke ‘ t bare kjøp en motor om gangen. Når de tar en kjøpsbeslutning, forplikter de seg vanligvis til 10-tallet om ikke 100-tallet motorer om gangen. Så drivstoffkostnadene som er involvert i en enkelt kjøpsbeslutning er store.

Dette er bare en del av svar, men jeg ville ikke legge det ut i en kommentar etter at moderatorene sa å holde svar utenfor kommentarene:

Se på regnskapskonseptet til en «byrdepris.» . Det hjelper å huske at du ikke bare trenger 100 ingeniører som samarbeider. Du trenger 100 ingeniører i en bygning som må holde lysene på og varme og / eller klimaanlegg, med vaktmestere og administrasjonsassistenter, og alle de andre fantastiske menneskene som holder ingeniørene produktive. Når du tar hensyn til alle disse andre forretningskostnadene, er timeprisen selskapet må betale (i motsetning til hva ingeniøren mottar) ganske annerledes.