Waarom kosten nieuwe straalmotoren miljarden om te ontwerpen?

Zelfs als we de salarissen van alle betrokkenen negeren; ingenieurs, verkopers, management, Q / A-teams, productieteams, meer verkopers en nog een paar reserve-ingenieurs …

Ik don ” ik begrijp het niet. Als het gewoon “het ontwerpen van een straalmotor is, dan kunnen grondstoffen onmogelijk een belangrijke factor zijn, ook al is het zoiets als titanium of composieten.

Hoewel de grondstoffen alleen niet per se duur zijn, kunnen de materialen, evenals de bewerking en verwerking , behoorlijk duur zijn. Dit kan verder worden gecompliceerd als de motor een soort nieuw materiaal gebruikt voor waarvoor er nog geen effectieve productiemethode is. Dit was het geval voor de volledige productie van de SR-71 Blackbird die nodig om uit te zoeken hoe met titanium te werken voordat er daadwerkelijk iets gebouwd werd . Zelfs als de op maat gemaakte onderdelen voor een nieuwe motor zijn geproduceerd, moet het bedrijf uitzoeken hoe de delen in voldoende hoeveelheid y om de motoren voor de markt te produceren.

Hoeveel prototypes heeft u nodig? Ik bedoel, ik hoop dat het niet allemaal vallen en opstaan is.

Dat is het niet, maar de FAA heeft mogelijk verschillende demonstraties waarbij ze de motor vernielen en u kunt er zeker van zijn dat de fabrikant dat gaat uitproberen voordat officiële tests worden uitgevoerd. Nadat de eerste tests zijn doorstaan, moeten vliegende prototypes worden gebouwd en getest op echte cascos die geld kosten en op vliegtuigbrandstof rijden dat geld kost.

Het andere is computersoftware, waarvan ik dacht dat het het ontwerpen gemakkelijker en goedkoper zou maken. Toegegeven, je kunt niet zomaar de gewenste stuwkracht invoeren en op een knop drukken, maar er is zeker degelijke vloeiende dynamische software die je kan helpen iets veel eenvoudiger en sneller te ontwerpen dan voorheen.

Het maakt sommige dingen sneller, zoals FEM , en maakt complexe routing zeker gemakkelijker, maar net als een goede sleutel is CAD-software een tool die dingen sneller en gemakkelijker maakt. Het doet het werk niet voor u.

Opmerkingen

• Cijfers voor brandstofkosten om een moderne motor op verschillende vermogensniveaus te laten draaien voor een testdag kan nuttig zijn om dit antwoord te versterken.- Ook verdere overweging van kosten zoals onroerend goed en mogelijke ‘ legacy-kosten ‘ zoals uitbetaling voor aandeelhouders of het aanhouden van pensioenfondsen kan nuttig zijn om hoogtepunt. Straalmotorprojecten worden tenslotte niet ‘ gedaan door een eenzame ingenieur ‘ s garage … Zoals ze zeggen, lopen de kosten op , en dan moet je uiteindelijk mensen betalen om die kosten bij elkaar op te tellen …
• Onderschat nooit de kosten om de tools te bouwen die nodig zijn om een product te bouwen. Voorbeeld buiten de luchtvaart: het gereedschap dat nodig is om een chip met geïntegreerde schakelingen te vervaardigen, kan meer dan een miljoen dollar kosten, en dat ‘ is ervan uitgaande dat u al de productieapparatuur bezit. Elke keer dat je tests een fout ontdekken die een grote verandering vereist, moet je die kosten helemaal opnieuw betalen.
• Ik zie je ‘ grondstoffen ‘ en ik voed je titanium smeden .
• Hier is een coole link waar het laat zien hoe de motor wordt getest … ze ‘ opnieuw getest op een vliegtuig dat is gebouwd voor het testen van motoren …

et is vermeldenswaard dat, omdat moderne CAD dingen sneller en gemakkelijker maakt, ingenieurs ingewikkelder dingen kunnen ontwerpen. U hoeft ‘ vaak niet minder tijd te besteden aan het ontwerpen van dingen, u ontwerpt dingen die voorheen ‘ niet haalbaar waren.

Jet-engines zijn enkele van de meest complexe machines die ooit zijn gemaakt. Ze moeten zo licht, efficiënt, veilig en betrouwbaar mogelijk zijn. Er is een reden dat de meeste nieuwe vliegtuigen recentelijk te maken hebben gehad met vertragingen van motorfabrikanten. Dit is een moeilijke balans om te construeren als het op tijd en binnen budget zit.

Straalmotoren kunnen zeker goedkoper zijn om te ontwikkelen en te kopen. Je kunt ze tegen relatief “betaalbare” prijzen krijgen voor op afstand bestuurbare vliegtuigen. Maar de kosten nemen zeker toe met schaal, en een vliegtuigeigenaar verwacht dat een motor duizenden uren met minimaal onderhoud terwijl zo min mogelijk brandstof wordt verbrand en niemand pijn doet. Elke nieuwe generatie motoren is efficiënter geweest dan de vorige, en die verbeteringen zijn niet gratis.

Als je alleen maar een straalmotor wilt ontwerpen, dan kunnen grondstoffen onmogelijk een belangrijke factor zijn, ook al is het zoiets als titanium of composieten.

Het zijn niet alleen de grondstoffen, maar ook de verwerking. Moderne motoren verleggen materialen tot het uiterste en verder. Er moeten geavanceerde productietechnologieën worden ontwikkeld.

Stel dat u een nieuw materiaal of proces heeft dat u wilt gebruiken. Het kan gemakkelijk ten minste honderdduizenden dollars kosten om er een te ontwikkelen, en een nieuwe motor kan er veel van bevatten. Zelfs voor een goedkope grondstof is de hoeveelheid arbeid die nodig is om testartikelen te maken, tests op te zetten, ze uit te voeren en de resultaten groeien erg snel. U wilt er zeker van zijn dat u begrijpt hoe het nieuwe materiaal of proces zal werken voordat u ermee verder gaat. Als er iets misgaat , maakt u grote problemen voor uw klanten (vliegtuigfabrikanten en hun klanten).

Hoeveel prototypes zou je nodig kunnen hebben? Ik bedoel, ik hoop dat het niet allemaal vallen en opstaan is.

“Trial and error” wordt soms ook “science” genoemd dat is wat je nodig hebt om nieuwe technologieën te ontwikkelen. Het is duidelijk dat naarmate het testen vordert en de risicos toenemen, u wilt dat het fout-gedeelte steeds kleiner wordt. Maar het proefgedeelte is erg belangrijk om te begrijpen hoe dingen echt zullen werken (of niet). Dit betekent niet alleen prototypes op ware grootte (wat verschillende ontwerpiteraties doorlopen, zelfs door middel van vliegtuigcertificering) maar ook subsystemen en componenten. En u moet voldoende tests uitvoeren om er statistisch zeker van te zijn dat de resultaten betrouwbaar kunnen worden gereproduceerd.

Het andere is computersoftware, waarvan ik dacht dat het dingen gemakkelijker en goedkoper zou maken om te ontwerpen.

Dit is zeker waar en deze technologieën het aantal fysieke tests dat moet worden uitgevoerd, is verminderd. Maar hoe dan ook, het zal u geld kosten.

Met producten zoals straalmotoren betekent beter gereedschap over het algemeen niet hoe goedkoop kunnen we dit proces “maar” hoeveel betere prestaties kunnen we krijgen voor hetzelfde geld. “

Dus wat maakt het zo duur? Is er een super duur certificeringsproces?

Ja. Mensen vliegen graag in vliegtuigen met motoren die blijven werken en niet ontploffen. Dit betekent strenge regelgeving en certificering.Voor de FAA omvat 14 CFR Part 33 de certificeringsvereisten voor straalmotoren, om te proberen storingen zo zeldzaam mogelijk te maken. Hier zijn slechts enkele van de tests die vereist zijn door de regelgeving:

• Trilling
• Overtorsie
• Kalibratie
• Uithoudingsvermogen
• Overtemperatuur
• Volledig werkbereik
• Systeem- en componenttests
• Rotorvergrendeling
• Volledige demontage
• Insluiting mes / rotor onbalans
• Regen, hagel en opname van vogels

Sommige van deze tests zullen destructief zijn, hetzij door het ontwerp, hetzij per ongeluk. Sommigen van hen zullen veel tijd en moeite kosten. Alleen al het papierwerk dat nodig is om al deze vereisten te begrijpen en aan de toezichthouders te documenteren dat u eraan hebt voldaan, zou gemakkelijk een flink deel van uw 100 mensen kunnen kosten.

Misschien kan iemand het algemene proces van het ontwerpen van straalmotoren in de eerste plaats uitleggen, omdat ik zeker weet dat dat nuttig zou zijn. Zoals ik het me voorstel, ga je gewoon stap voor stap door en probeer je de vorm en diameter van elk blad goed te krijgen.

Het klinkt alsof je de basis hebt idee. Maar engineering gaat over de duivel in de details.

Ten eerste kunnen moderne motoren 20 of meer fasen hebben, die zijn bevestigd aan 2 of 3 afzonderlijke spoelen. De ingenieurs moeten het optimale aantal trappen en spoelen bepalen voor het motorontwerp. Dit betekent dat veel verschillende configuraties moeten worden geanalyseerd. De complexiteit neemt exponentieel toe, aangezien elke fase de rest van het systeem beïnvloedt.

Ja, het proces is relatief eenvoudig als u statische voorwaarden krijgt om te analyseren. is belangrijk om het brandstofverbruik tijdens cruise te optimaliseren. Maar de motor moet nog steeds onder een groot aantal omstandigheden werken. Dan zijn er de dynamische omstandigheden van versnelling en vertraging. De motor moet starten en stabiel zijn bij zowel zij- als rugwind. Het moet kunnen starten op de grond of in de lucht nadat het extreem koud is geworden. Er kunnen rare dingen gebeuren als dingen uitzetten en krimpen met de temperatuur.

Als je een eenvoudige analyse bekijkt van hoe verandering van druk en temperatuur door een straalmotor, er zijn waarschijnlijk veel handen die zwaaien over een podium genaamd de” verbrander “waar je op magische wijze een temperatuurstijging krijgt. Het proces van het verbranden van brandstof in de extreme omstandigheden van een straalmotor is buitengewoon complex. De lucht die vooraan stroomt, moet worden gecomprimeerd en vervolgens voldoende langzamer worden doof de vlam niet. De vlam moet tijdens de werking in het verbrandingsgedeelte worden gehouden en de turbinetrappen erachter niet oververhitten.

Hogere temperaturen en drukken zorgen voor een betere efficiëntie, maar materialen worden tot het uiterste gedreven. Nieuwe superlegeringen en fabricagetechnieken moeten worden geperfectioneerd om materialen te maken die bestand zijn tegen extreme temperaturen terwijl ze draaien met duizenden toeren per minuut. Ze moeten kleine gaatjes en doorgangen in de bladen steken om koellucht naar buiten te drijven die het oppervlak van het blad bedekt, zodat het niet direct in contact komt met de extreem hete lucht in de turbine.

Dan heb je ook nog mechanische energie die wordt onttrokken door een generator, en pneumatische energie die wordt onttrokken voor het ontluchtingssysteem van het vliegtuig. De motor moet kunnen voldoen aan de verschillende eisen van deze systemen.

Er is ook het probleem dat verschillende spoelen roteren en duizenden toeren per minuut veroorzaken en niet teveel wrijvingswarmte of voortijdige slijtage veroorzaken. Ingenieurs hebben dit nodig om de temperaturen, aerodynamica en rotatiespanning op elk onderdeel te begrijpen, door het hele werkingsbereik van de motor heen, en hoe dit de rest van de motor beïnvloedt.

En het is niet alleen genoeg om iets te krijgen dat werkt. Iemand zal altijd de vraag stellen: “Hoe kunnen we dit efficiënter maken?” Moderne motoren halen veel verschillende trucs uit om zo veel mogelijk efficiëntie uit te persen. De lucht wordt afgevoerd en de schoepen kunnen worden afgesteld om de motor onder alle bedrijfsomstandigheden stabiel te maken. Er worden nieuwe concepten en technologieën ontwikkeld. Moderne turbofans hebben het probleem van een lagedruk turbine aan de achterkant die zo snel mogelijk moet draaien om efficiënt te zijn, aangesloten op een ventilator aan de voorkant die veel langzamer moet draaien om efficiënt te zijn. Voor het Pratt & Whitney-voorbeeld dat u geeft, was hun oplossing een versnellingsbak om de twee met verschillende snelheden te laten draaien. Dit was een zeer moeilijke uitdaging waarvoor ze tientallen jaren nodig hadden om uiteindelijk tot een eindproduct te komen.

Al deze complexiteit moet worden beheerd door software die een reeks sensoren door de motor bewaakt en voortdurend de vele parameters aanpast om een stabiele en efficiënte werking te behouden. Deze software moet draaien op computers die werken bij een enorm temperatuurbereik en onder constante trillingen.

U moet ook in gedachten houden hoe al deze duizenden onderdelen zullen worden vervaardigd en vervolgens geassembleerd en vervolgens worden onderhouden gedurende de levensduur van de motor. Je hebt mensen nodig die plannen om ervoor te zorgen dat een monteur toegang heeft tot de juiste componenten met de tools die hij nodig heeft, en welke processen moeten worden gevolgd om de verschillende onderdelen te monteren en demonteren.

Dan zijn er ook bijkomende effecten zoals lawaai en vervuiling. Er zullen ingenieurs zijn die moeten begrijpen hoe deze worden gegenereerd en hoe ze met zo min mogelijk kosten tot acceptabele niveaus kunnen worden teruggebracht.

Dit is slechts een overzicht van de vele gebieden die betrokken zijn bij het ontwerpen van een straalmotor. Er zijn er zeker meer, en voor elk detail hier kan gemakkelijk een gespecialiseerd team nodig zijn dat eraan werkt.

Opmerkingen

• Natuurlijk heb ik net berekend dat we ongeveer 1.000 van die 50 lbs stuwkracht RC-motoren (5.000 $ elk) om een A320 te laten vliegen. 🙂
• @PerlDuck Hebt u in die berekening het hogere brandstofverbruik van de motoren, het extra gewicht van de motoren en de extra brandstof, en het hogere brandstofverbruik door dat extra gewicht, en de extra gewicht van die brandstof en het hogere brandstofverbruik vanwege dat extra gewicht …?
• Dit is een goed overzicht van de complexiteit van een moderne ‘ jet ‘ engine, maar ik heb ‘ niets gezien dat aantoonde hoe het allemaal optelde tot $ 10 miljard. Het schatten van het aantal mensen dat nodig is voor de specificaties, ontwerp en herontwerp, testen, faciliteiten, etc. zou dit antwoord helpen (voor mij.)
• @Alexander Natuurlijk niet. Het was maar een grapje. Ik was gewoon benieuwd hoeveel van die kleintjes we nodig zouden hebben. Heeft me aan een vlieg doen denken met zijn duizenden kleine ogen vergeleken met andere dieren met slechts twee grotere.
• @CramerTV, aantal betrokken mensen? Veel. Als u bijvoorbeeld ‘ een nieuwe superlegering gebruikt, moet u de eigenschappen van het materiaal kwantificeren: een mechanisch-testtechnicus om de sterkte, hardheid, taaiheid, enzovoort te meten , een chemicus om de samenstelling te bevestigen, een machinist om bulkmetaal om te zetten in testmonsters en een laboratoriumsupervisor om dingen te coördineren. Dat ‘ zijn vier mensen voor slechts één aspect van één onderdeel van het ontwerpen van een straalmotor.

Als laatste dat ik heb gecontroleerd, verdienen de meeste wetenschappers en ingenieurs geen miljonairsalarissen. Ik denk dat het meer “100 tot 250.000 tops” is. Zelfs als je er 100 zou hebben die er 10 jaar aan werken, zou dat 250 miljoen of een kwart miljard dollar zijn.

De salarissen in de lucht- en ruimtevaart zijn gemiddeld minder dan 100.000, het is geen IT, maar ze zijn niet het probleem.

Je kunt een eenvoudige experimentele straalmotor ontwikkelen met 100 ingenieurs en wetenschappers. Het punt is dat je met zon team geen in massa geproduceerde turbofan-motor kunt ontwerpen en bouwen.
Dat wel met 1.000. Maar luchtvaartmaatschappijen en autoriteiten willen dat het betrouwbaar is, en u kunt “geen betrouwbare high-bypass turbofan bouwen met slechts 1.000. duizenden vanwege hoe grondig alles moet worden gevalideerd en dubbel gecontroleerd.

Een concurrerend lijnvliegtuig bouwen motor is nog moeilijker. Het zou vandaag ongeveer realistisch zijn met 10.000 werknemers, maar nog steeds een prestatie. De taak is niet alleen het ontwerpen van motoronderdelen, het meeste van het harde werk is het uitproberen van honderden materialen in R & D, machineontwerp, technologieontwikkeling, QM en QC-ontwikkeling. Alle dingen die bijdragen aan het produceren van goede motoren en ze vervolgens efficiënt produceren.

Saturnus, een van de kleinere bouwers van straalmotoren van vandaag, heeft ~ 23.000 werknemers.
Pratt & Whitney, de kleinste van de grote drie in het Westen, heeft ~ 40.000.
Rolls-Royce, dat voornamelijk lucht- en ruimtevaartmotoren maakt (het automerk werd lang geleden verkocht), heeft ~ 50.000 werknemers.
Ook ~ 50.000 voor GE Aviation, met nog eens 200.000 in General Electric in totaal.

Dit zijn niet allemaal ingenieurs en wetenschappers, maar meer dan de helft van het personeel in dergelijke high-tech industrieën is in onderzoek, ontwerp, engineering, management en andere banen die bijdragen aan de ontwerpkosten.

Het daadwerkelijke ontwerpteam voor een moderne straalmotor bestaat uit minder dan 1.000 mensen. Maar dat zijn slechts de mensen die het werk op hoog niveau doen, de stroomdiagrammen, de FEA-berekeningen, de ontwerpmodellen. Ze zullen op duizenden vertrouwen om hen van de gegevens te voorzien. Van hun modellen zullen duizenden meer gedetailleerde tekeningen en CNC-programmas voor elk afzonderlijk onderdeel produceren. Vervolgens moet voor elk afzonderlijk onderdeel een afzonderlijk QC-programma worden ontwikkeld.

U kunt niet simpelweg kopiëren en plakken van ontwerptekeningen naar CNC-programmas. U kunt ook niet kopiëren en plakken vanuit deze naar meetmachineprogrammas voor QC.De meetbasissen zijn verschillend, dus de toleranties zijn verschillend, het “is een ander detailniveau. Maak die fout maar één keer. Voor een klein en niet bijzonder kritiek onderdeel, en de gevolgen kan worden opgemerkt .

De antwoorden zijn allemaal erg goed omdat ze de mogelijke kosten aangeven, maar laten we ik geef een andere invalshoek voor het bekijken van dit soort vragen. In een zeer competitieve omgeving zullen bedrijven net zoveel geld in een probleem gooien als het waard is om het op te lossen. In economisch opzicht: “marginale kosten zijn gelijk aan marginale winst” .

Bij het ontwerpen van een nieuwe engine begint men met alle veranderingen die een grote prestatieverbetering opleveren tegen lage kosten. Na verloop van tijd worden die “triviale” veranderingen onderzocht, en als er genoeg is “winst” door voortdurende aanval op het probleem, zullen meer gecompliceerde wijzigingen met kleinere verwachte winsten worden aangevallen.

Bedenk nu hoe hoog de winst van een verton ovement van een motor is: hoeveel brandstof wordt er in de vele duizenden uren bespaard? Wat is de verwachte toekomstige marktwaarde van die brandstof in een wereld met toenemende schaarste en verwachte CO2-belasting?

Bedenk nu dat u deze nieuwe motor niet in een enkel vliegtuig zult implementeren, maar in een grote vloot van honderden, misschien wel duizenden vliegtuigen? Elke verbetering aan de engine die u aanbrengt, heeft slechts zon een grote marktwaarde. Bedenk ten slotte dat veel verbeteringen aan de volgende generatie motoren later kunnen worden overgenomen door nieuwere ontwikkelingen, iets dat wordt aangeduid als “op de schouder van reuzen staan”.

Een voorbeeld Neem een motor die ongeveer 30 miljoen USD kost. Een prestatieverbetering die de waarde van elke motor met slechts 1% verhoogt, zal 300 miljoen USD waard zijn als die motor 1000 keer wordt verkocht. Als die prestatieverbetering kan worden hergebruikt in de volgende 10 generaties motoren, is deze 3 miljard USD waard. Dit eenvoudige voorbeeld laat zien dat de marginale waarde van R & D heel snel erg hoog kan worden, en dat de bedrijven daarom bereid zijn veel geld in deze problemen te steken.

Als aanvulling op andere uitstekende antwoorden, wil ik me concentreren op de aard van het onderzoek.

Het werk dat betrokken is bij het ontwikkelen en onderzoeken van ideeën die “niet alleen kunnen worden opgelost via computermodellen”, is enorm .

Zoals andere antwoorden opmerken, ontwikkelen straalmotoren zich op de voorhoede van de theorie en nieuwe ideeën, en pushen ze ook bestaande.

Concreet typisch voorbeeld # 1

Stel dat we denken dat een ventilatorblad kan sterker worden gemaakt als het zo is gegoten dat het groeit zonder bepaalde kristallijne gebreken, of met een bepaalde kristallijne structuur die in theorie mogelijk zou moeten zijn. Noem het “deltavorm titanium-koolstof kristallijne matrix” of “delta-TCCM “in het kort. Dit zou 1,7% dunnere en lichtere bladen mogelijk maken, zonder verlies van kracht of veiligheid, of bladen die 1,5% sneller kunnen draaien zonder toename van stress. Indien correct, zou dit een groot probleem kunnen zijn als onderdeel van de volgende generatie van de huidige motor.

Het probleem is, dat is wat een model je brengt. Nu moet je het daadwerkelijk op betrouwbare wijze bereiken als een materiaalwetenschappelijk probleem. Je moet

• een proces ontwerpen om delta-TCCM betrouwbaar in een laboratorium te ontwikkelen, wat een enorme uitdaging kan zijn. Mogelijk moet u meerdere technieken onderzoeken, overwegen hoe ze kunnen worden geschaald, of ze vatbaar zijn voor gebreken en risicos. De voorwaarden voor betrouwbare delta-TCCM-productie met een laag foutpercentage kunnen zeer nauwkeurig en moeilijk te handhaven zijn gedurende de tijd die het kost. Dit kan een enorm probleem zijn, verre van triviaal. Als je niet wilt dat het jaren duurt, moet je misschien 600 mensen naar het delta-TCCM-onderzoek sturen om het van een concept om te zetten in een bruikbaar materiaal met geverifieerde eigenschappen.

• De eigenschappen zijn misschien slechts enigszins voorspelbaar door de theorie. Het kan zijn dat u sporen of kleine procesveranderingen moet toevoegen om de problemen op te lossen. Elk van deze is een miniproject op zich.

• Het materiaal kan moeilijk te vormen zijn als het eenmaal is gevormd, dus het kan zijn dat u terug moet naar uw laboratorium om niet alleen apparatuur te bedenken om het op betrouwbare wijze te maken, maar ook om het betrouwbaar te maken om . Perfecte vorm.

• Je moet opschalen van laboratorium- naar industriële schaal. Dit betekent dat je er genoeg van moet maken om eigenschappen te bevestigen en uiteindelijk bladen moet bouwen. Het is ook verre van triviaal. De industrie is bezaaid met dingen die gemakkelijk in kleine hoeveelheden te maken zijn voor onderzoek, maar ongelooflijk moeilijk te produceren op schaal onder dezelfde omstandigheden. Betrouwbaar gaan van 2 mm ² monsters zonder detecteerbare kristallijne / atomaire structuurfouten, naar gebogen 1.5m ventilatorbladen zonder detecteerbare kristallijne / atomaire structuurfouten, is precies zo moeilijk als het in veel gevallen klinkt.

• U moet tienduizend monsters op duizend manieren testen en beoordelen – afzonderlijk en in duizend scenarios in een motor. Dit is een heel intens proces. Wat is zijn atomaire structuur, hoe faalt het (wat zijn zijn faalwijzen en veilige limieten), hoe reageert zijn atomaire structuur op honderdduizend combinaties / soorten / patronen van stressoren, zowel op korte als op lange termijn – voldoende begrip krijgen van de feitelijke eigenschappen om erop te kunnen vertrouwen voor de veiligheid van vliegtuigen. Ga misschien terug naar de basis als iets niet nodig is. Immers, als slechts één motor uitvalt en de fout is te herleiden tot een fundamenteel probleem met het materiaal, loopt uw hele reputatie en productassortiment gevaar , en restituties zijn verschuldigd voor tot nu toe verkochte producten, plus rechtszaken. In het ergste geval kan uw volledige bedrijf van $ 500 miljard in gevaar komen.

• U zou ook 2 of 3 volledige prototypefabrieken (fabrieken) kunnen bouwen op verschillende locaties, alleen voor delta-TCCM, om te bevestigen dat u uw delta-TCCM-kwaliteitscontrole betrouwbaar in de loop van de tijd en in verschillende vestigingen / bronnen.

• Ventilatorbladen zijn meestal gemaakt van een combinatie van verschillende materialen. De GE-9X, momenteel de grootste turbofanmotor die er is, gebruikt bijvoorbeeld een koolstofvezelcomposiet met stalen voorranden en glasvezel achterranden voor bescherming tegen vogels. Alleen het maken en vormgeven van delta-TCCM is niet genoeg, er zijn ook technieken nodig die afhankelijk zijn van Laat het onderdeel zijn van een composietblad, stevig genoeg om zijn uniforme structuur te behouden onder alle spanningen, verwarmings- / koelcycli en trillingen die deel uitmaken van de levensduur van het jetblad. Als de componenten niet samen bewegen, krimpen en uitzetten, kan het blad uiteindelijk verzwakken.

• Als het werkt, moet je misschien een hele toolchain bouwen voor delta-TCCM. Bewerkingsgereedschappen, productiegereedschappen, mesafgietsels (misschien worden ze “opnieuw destructief gegoten en hebt u een nieuwe mal nodig voor elk onderdeel), gespecialiseerd laserlassen of ander lassen, ontwikkeling van delta-TCCM-coatings en lijmen van het volharden in een motoromgeving, die allemaal hun eigen onafhankelijke projecten zijn. De werken.

En dat is gewoon het project om delta-TCCM gemakkelijk te commercialiseren. $ 20-50 miljoen, van de top (totaal giswerk van mijn kant, maar idee). Mogelijk hebt u 50 of 200 van dergelijke projecten in uitvoering en komen er andere in uw R & D-stroom, allemaal gerelateerd aan concepten die u gaat verkennen voor uw nieuwe generatie van motoren – en al hun kosten die moeten worden terugverdiend door de verkoop van de motor wanneer deze eindelijk is voltooid.

Concreet voorbeeld 2:

De spaceshuttle moest bij terugkeer de intense hitte weerstaan. Veel meer hitte dan welk materiaal dan ook zou kunnen weerstaan. Het bereikte idee was simpel: ablatie. De coating zou eerder wegbranden dan smelten, waardoor de onderliggende lagen geleidelijk aan bloot kwamen te liggen, maar als geheel niet degradeerde.

Het maken van het materiaal was een grote inspanning. Er was niet veel theorie over zulke dingen, alleen een doel om zon materiaal te creëren. Enorm onderzoek. En elke keer: “Goed. Zoek nu een manier om hetzelfde te doen, maar maak het 20% minder zwaar “.

Opmerkingen

• Tel daarbij de kosten op van alle ideeën die klonk geweldig totdat ze een tegenslag troffen in een van die stappen die ‘ niet kon worden overwonnen. Al die tijd, geld & inspanning voor een opgeschort project en tijd om opnieuw te beginnen met een nieuw project.

Naast de andere antwoorden:

Straalmotoren zijn niet alleen complex, ze opereren op de rand van wat fysiek mogelijk is. Moderne straalmotoren draaien bijvoorbeeld op interne temperaturen die hoger kunnen zijn dan het smeltpunt van de gebruikte metalen.

Wanneer u een nieuwe straalmotor ontwerpt, moet deze, om succesvol te zijn in de markt, beter zijn dan de motoren die momenteel beschikbaar zijn: hij moet meer stuwkracht hebben, een lager geluidsniveau en een lager brandstofverbruik verbruik, hogere betrouwbaarheid, lagere exploitatiekosten of een combinatie daarvan.

Dit betekent dat elk ontwerp “de rand van wat fysiek mogelijk is” verlegt, dat wil zeggen dat het de stand van de techniek vooruitgaat. Het is niet alleen een nieuw motorontwerp, je moet nieuwe materialen ontwikkelen, nieuwe bouwmethodes etc. Dan moet je bewijzen dat deze nieuwe ontwikkelingen van jou veilig te gebruiken zijn. Dit is waar de kosten naartoe gaan: wetenschappelijk onderzoek (dat altijd het risico met zich meebrengt dat uw nieuwe idee niet zo goed zal werken als u had gehoopt), ontwikkeling van de nieuwe technologie tot een consumentenklaar niveau en certificering.

Ik denk dat de meeste antwoorden de punten goed aanpakken, de teams zijn enorm en er zijn veel dure kit betrokken.Ik zou nog drie punten toevoegen:

• Er zijn risicos aan verbonden die moeten worden ingeprijsd. Het is niet zoals in Pharma, maar niet alle motoren verkopen even goed, dus u u moet de kosten van verschillende motoren en ontwerpen beheersen.

• Dit zijn zeer gespecialiseerde machines, dus samen met een nieuwe motor ontwikkelt u nieuwe gereedschappen, nieuwe meettechnieken en nieuwe software. (Er zijn veel spin-offs en daaruit voortvloeiende voordelen van deze programmas, bijvoorbeeld: schakelende meettaster )

• Om het punt van materialen en fabricagekosten te illustreren: deze motoren zouden goedkoper zijn als ze van massief goud waren gemaakt.

Ik ken toevallig de man die het profiel ontwerpt voor de fan voor een van de grote fabrikanten. Hij is gewoon de academicus die bijdraagt aan dat ontwerp, en dat is het enige probleem waar hij aan werkt. Maar daarvoor moest nieuwe software worden ontwikkeld om de stroom te berekenen.

Het probleem gaat niet fundamenteel over straalmotoren, maar over het bouwen van complexe dingen in het algemeen.

De redenen zijn dezelfde als voor het bouwen complexe software. Er zijn slechts geleidelijke verschillen.

De vraag kan worden gezien als ” Waarom kost het verrassend veel om complexe systemen van hoge kwaliteit te maken? ”

Het belangrijkste probleem is c onzekerheid. Het ontwerp van bestaande straalmotoren is complex en we weten dat het ontwerpen van een alternatief een complexer proces is dan dat. Nogmaals hetzelfde voor het daadwerkelijk bouwen van een in serie.

We willen een complex artefact maken, laten we het ” nieuwe straalmotor .

Om dit te doen,

hebben we er een ontwerp voor nodig.

Als basis daarvan hebben we een ontwerpspecificatie nodig .

Om het te verifiëren, moeten we ten minste één instantie bouwen.

In de praktijk willen we in feite meerdere voorbeelden kunnen maken tegen beperkte kosten per instantie.

Dat betekent dat we ook meerdere andere artefacten moeten maken:

We moeten een of meer prototypes maken zonder de kosten te beperken.

We moeten een complete set van tools om meerdere exemplaren van het artefact te produceren.

We moeten ook tools bouwen om het artefact te testen.

We moeten een of meer prototypes testen, en meerdere geproduceerde exemplaren op basis van de ontwerpspecificatie.

We moeten een externe organisatie de ontwerpspecificatie laten testen op basis van certificeringsregels.

We moeten een e xterne organisatie testinstanties gebaseerd op certificeringsregels.

We moeten documentatie creëren, inclusief betrouwbare instructies voor meerdere varianten van service.

Merk op dat dit alles onafhankelijk is van de complexiteit van het ding we willen creëren. Het hangt er niet eens van af of we een fysiek artefact bouwen, het is net zo van toepassing voor het bouwen van een simulatie ervan, het produceren van instanties door het te integreren in de vliegtuigsimulatie van de klant.

De vele stappen zijn enigszins complex op zich. Wanneer stappen op elkaar inwerken, heeft de complexiteit de neiging zich te vermenigvuldigen in plaats van op te tellen. Een kleine fout in de ontwerpspecificatie veroorzaakt bijvoorbeeld kleine wijzigingen in de meeste stappen, en elk ervan heeft een aanzienlijke overhead. Het veranderen van één schroefmaat en de sterkte van één las vereist praktisch dezelfde inspanning als alleen het veranderen van de schroefmaat, omdat de overhead domineert.

Als we iets complex bouwen, zijn er enkele contra-intuïtieve aspecten in termen van complexiteit. Een belangrijke is dat de complexiteit en inspanning van het testen zeer snel toeneemt voor toenemende kwaliteitseisen. Dat komt deels doordat er veel meer kleinere fouten zijn dan grotere. Het betekent dat er veel meer enkele fouten moeten worden afgehandeld, waardoor er meer prototypes nodig zijn. De overhead voor het afhandelen van een kleine fout is ongeveer hetzelfde als voor een grote fout.

Om het effect van toenemende kwaliteitseisen te illustreren, kun je overwegen om een vliegtuig te bouwen op basis van een plan dat de vorm en grootte van de onderdelen specificeert. . Vergelijk dat eens met een aanvullende eis van de totale lengte met een tolerantie van enkele centimeters. Nu moet u rekening houden met de variatie van componentverbindingen, zoals de afstand van schroeven tot randen van onderdelen, en ook de thermische uitzetting van onderdelen. Verfijn nu de vereisten om de lengte te specificeren met een tolerantie van enkele millimeters volgens een temperatuurcurve. Nu moeten sommige tests meerdere keren worden uitgevoerd, nadat u heeft ontdekt hoeveel keer voldoende is. En de verschillen in thermische uitzetting van verschillende materialen en onderdelen van verschillende leveranciers worden relevant. Jij krijgt het punt. En voor het geval dat het irrelevant lijkt om je druk te maken over thermische uitzetting: de Lockheed SR-71 Blackbird lekte daadwerkelijk brandstof als hij koud was op de grond, maar deed dat niet toen hij vloog met Mach 3.2 en ongeveer 300 ° C romptemperatuur, gebaseerd op geaccepteerde precisielimieten . De Concorde werd 17 cm langer tijdens de vlucht bij ongeveer 100 ° C.Ze hadden veel plezier bij het plaatsen van hydraulische leidingen.

In wezen is het toevoegen van afzonderlijke onderdelen veel complexer dan de intuïtie zou verwachten. Het toevoegen van een onderdeel aan een straalmotor houdt niet alleen de stabiliteit van het onderdeel in, maar ook stabiliteit en vormverandering tijdens warmtecycli, en het bepalen van een aanvaardbaar aantal cycli vóór onderhoud.

Merk op dat dit alles, behalve illustrerende voorbeelden, heeft niets te maken met straalmotoren, zelfs niet of we iets fysieks willen bouwen.

De specifieke ontwerpelementen voor een straalmotor zijn te vinden in andere antwoorden, en een schatting van de complexiteit ervan kan worden gebruikt om de algehele inspanning hier af te leiden.

De bestaande antwoorden beantwoorden uitstekend aan waarom straalmotoren zijn duur om te ontwikkelen: omdat ze zo ingewikkeld zijn. Laat me proberen te antwoorden: waarom zijn straalmotoren zo ingewikkeld? Om dat te begrijpen, moeten we de economie van straalmotoren onderzoeken, en het komt neer op brandstofefficiëntie.

Laten we zeggen dat je gaat winkelen voor een nieuwe auto en dat een auto 1% meer benzine krijgt kilometerstand die de andere. Misschien 30 mpg en 30,3 mpg. Je zou zeggen dat die zo dichtbij zijn dat het er nauwelijks toe doet. Kan net zo goed identiek zijn en je begint te kijken welke het betere geluidssysteem of de meest stijlvolle stoelen heeft. Maar wanneer de luchtvaartmaatschappijen gaan winkelen voor nieuwe vliegtuigen, is het verschil in brandstofverbruik ENORM van 1%.

Luchtvaartmaatschappijen zijn groot en vliegtuigbrandstof is duur. Een luchtvaartmaatschappij van bescheiden omvang (zeg maar Jet Blue) zal $ 1 – 2 miljard per jaar alleen aan vliegtuigbrandstof besteden. En als u een nieuw vliegtuig koopt, gaat het doorgaans 30 jaar mee. Dus gedurende de levensduur van de vloot geeft de luchtvaartmaatschappij ongeveer $ 45 miljard aan brandstof uit. Als een straalmotor 1% slechter is qua brandstofefficiëntie, gaat dat de luchtvaartmaatschappij in 30 jaar ongeveer $ 450 miljoen kosten. Dat is voor één procent verschil in brandstofefficiëntie.

Nu zijn er andere dingen die dat kunnen compenseren, zoals de aankoopprijs van de motor, de kosten van service en reserveonderdelen, enz. Dus een straalmotor die 1% slechter is in brandstof efficiëntie zou over het algemeen nog steeds concurrerend kunnen zijn als het dit op andere gebieden goedmaakt. Maar boven een paar procent is het verschil zo groot dat je ze niet eens zou kunnen weggeven.

Dus wat je uiteindelijk krijgt is deze intense “wapenwedloop” -concurrentie tussen de grote OEMs van straalmotoren. bedrijf maakt hun motor een beetje gecompliceerder, zodat ze de brandstofefficiëntie met een fractie kunnen verbeteren, en dan racen alle anderen om in te halen. Dit gaat jaar na jaar door, motormodel na motormodel, en voor je het weet wat gestart als een vrij eenvoudige machine is buitengewoon gecompliceerd en dus duur om te maken.

Opmerkingen

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Billion? Citaat nodig. Een beetje wiskunde weerlegt dit. Een budgetvliegtuig, misschien 4 vluchten per dag, 150 personen per vlucht, 60 dollar per ticket. De bruto-inkomsten daarvan zijn 13,14 miljoen per jaar. Echt niet ooit de 1 miljard zou kunnen benaderen. Bedoelde u 1 – 2 miljoen ?
• @ DrZ214 nee ik bedoelde miljard. Zie bijvoorbeeld: businessinsider. com / … sleutelcitaat ” … brandstof en gerelateerde belastingen zijn gestegen tot \ $ 515 miljoen voor het kwartaal “. Dus $ 500 miljoen / kwartaal is 2 miljard per jaar. Jet Blue is ook zeker meer dan 4 vluchten per dag, het ‘ lijkt meer op 1000. Misschien verwart je ze met een andere luchtvaartmaatschappij?
• Oeps, Ik las ” passagiersvliegtuig ” en zag het als vliegtuig, zoals in één enkel vliegtuig. Ja, het hele vliegtuig kan duizenden vluchten per dag hebben. Ik ‘ laat deze opmerkingen hier achter voor het geval anderen het verkeerd lezen.
• @ DrZ214 Ik citeerde het op die manier omdat luchtvaartmaatschappijen ‘ t koop slechts één motor per keer. Wanneer ze een aankoopbeslissing nemen, committeren ze zich meestal aan tientallen, zo niet honderden motoren tegelijk. De brandstofkosten die gemoeid zijn met een enkele aankoopbeslissing zijn dus groot.

Dit is slechts een deel van de antwoord, maar ik wilde het niet in een opmerking posten nadat de moderators zeiden om antwoorden buiten de opmerkingen te houden:

Kijk naar het boekhoudkundige concept van een “loaded rate.” Het helpt te onthouden dat u niet alleen 100 ingenieurs nodig heeft die samenwerken. Je hebt 100 ingenieurs nodig in een gebouw dat de lichten aan moet houden en de verwarming en / of airconditioning moet houden, met conciërges en administratief assistenten, en alle andere geweldige mensen die de ingenieurs productief houden. Als je al deze andere zakelijke kosten meetelt, is het uurtarief dat het bedrijf moet betalen (in tegenstelling tot wat de ingenieur ontvangt) heel anders.