Dlaczego projektowanie nowych silników odrzutowych kosztuje miliardy?

Nawet jeśli zignorujemy pensje wszystkich zaangażowanych; inżynierowie, sprzedawcy, kierownictwo, zespoły Q / A, zespoły produkcyjne, więcej sprzedawców, a następnie kilku inżynierów zapasowych …

Nie ” Nie rozumiem. Jeśli chodzi tylko o zaprojektowanie silnika odrzutowego, surowce nie mogą być głównym czynnikiem, nawet jeśli jest to coś takiego jak tytan lub kompozyty.

Chociaż same surowce niekoniecznie są drogie, materiały, a także obróbka skrawaniem i przetwarzanie , mogą być dość kosztowne. Sytuacja może się dodatkowo pogorszyć, jeśli silnik użyje jakiegoś nowego materiału do nie ma jeszcze efektywnej metody produkcji. Tak było w przypadku całej produkcji SR-71 Blackbird , który trzeba było dowiedzieć się, jak pracować z tytanem, zanim cokolwiek zbuduje . Nawet po wyprodukowaniu części na zamówienie do nowego silnika firma będzie musiała dowiedzieć się, jak wyprodukować części w wystarczającej ilości y do produkcji silników na rynek.

Ile prototypów możesz potrzebować? Mam nadzieję, że to nie wszystko metodą prób i błędów.

Nie, ale FAA może wymagać różnych demonstracje, w których niszczą silnik i można się założyć, że producent zamierza to wypróbować przed przeprowadzeniem jakichkolwiek oficjalnych testów. Po przejściu wstępnych testów latające prototypy będą musiały zostać zbudowane i przetestowane na prawdziwych płatowcach, które kosztują pieniądze, napędzanych kosztownym paliwem odrzutowym.

Inną rzeczą jest oprogramowanie komputerowe, które moim zdaniem ułatwi i obniży koszty projektowania. To prawda, że nie możesz po prostu wprowadzić żądanego ciągu i nacisnąć przycisk, ale z pewnością istnieje przyzwoite oprogramowanie dynamiczne, które pomoże Ci zaprojektować coś znacznie łatwiejszego i szybszego niż wcześniej.

Sprawia, że niektóre rzeczy są szybsze, np. FEM , iz pewnością ułatwia skomplikowane trasowanie, ale jak dobry klucz, oprogramowanie CAD jest narzędzie , które przyspiesza i ułatwia pracę. To nie działa za Ciebie.

Komentarze

• Liczby kosztów paliwa potrzebnych do uruchomienia nowoczesnego silnika przy różnych poziomach mocy na jeden dzień testów może być przydatne, aby wzmocnić tę odpowiedź.- Również dalsze rozważenie kosztów, takich jak nieruchomości i potencjalne ' koszty dotychczasowe ', takie jak wypłata dla udziałowców lub utrzymanie funduszy emerytalnych, może być przydatne do atrakcja. W końcu projekty silników odrzutowych nie są ' zwykle wykonywane przez samotnego inżyniera ' w garażu … Jak to mówią, koszty się sumują , a potem w końcu będziesz musiał zapłacić ludziom, aby zsumowali te koszty …
• Nigdy nie lekceważ kosztów budowy narzędzi potrzebnych do zbudowania produktu. Przykład niezwiązany z lotnictwem: oprzyrządowanie wymagane do wyprodukowania układu scalonego może kosztować ponad milion dolarów, a ' przy założeniu, że posiadasz już cały sprzęt produkcyjny. Za każdym razem, gdy testy wykryją usterkę, która wymaga dużej zmiany, będziesz musiał pokryć te koszty od nowa.
• Widzę Twoje ' surowce ' i wychowuję Cię kowalstwo tytanu .
• Oto fajny link , gdzie pokazuje, jak testowane są silniki … ' ponownie przetestowano na samolocie zbudowanym do testowania silników …
• Warto zauważyć, że ponieważ nowoczesny CAD sprawia, że rzeczy są szybsze i łatwiejsze, inżynierowie są w stanie projektować bardziej skomplikowane rzeczy. Często nie ' spędzasz mniej czasu na projektowaniu, projektujesz rzeczy, które wcześniej nie były ' niewykonalne.

Silniki odrzutowe to jedne z najbardziej złożonych maszyn, jakie kiedykolwiek stworzono. Muszą być tak lekkie, wydajne, bezpieczne i niezawodne, jak to tylko możliwe. Jest powód, dla którego większość nowych samolotów pasażerskich ostatnio ucierpiała z powodu opóźnień ze strony producentów silników. Jest to trudna równowaga do zaprojektowania, gdy są zgodne z harmonogramem i budżetem.

Silniki odrzutowe z pewnością mogłyby być tańsze w opracowaniu i zakupie. Można je kupić po stosunkowo „przystępnych” cenach za zdalnie sterowane samoloty. Ale koszt z pewnością rośnie wraz ze skalą, a właściciel samolotu oczekuje, że silnik będzie działał przez tysiące godzin przy minimalnej konserwacji, spalaniu jak najmniejszej ilości paliwa i nikomu nie szkodząc. Każda nowa generacja silników była wydajniejsza od poprzedniej, a te ulepszenia nie są dostępne za darmo.

Jeśli chodzi tylko o zaprojektowanie silnika odrzutowego, surowce nie mogą być głównym czynnikiem, nawet jeśli jest to coś takiego jak tytan lub kompozyty.

Nie chodzi tylko o surowce, ale także o proces przetwarzania. Nowoczesne silniki wykorzystują materiały do granic ich możliwości i nie tylko. Należy opracować zaawansowane technologie produkcyjne.

Powiedzmy, że masz nowy materiał lub proces, którego chcesz użyć. Można go łatwo potrzeba co najmniej setek tysięcy dolarów na samo opracowanie jednego, a nowy silnik może zawierać wiele z nich. Nawet w przypadku taniego surowca ilość pracy wymagana do stworzenia artykułów testowych, skonfigurowania testów, ich uruchomienia i udokumentowania wyniki rosną bardzo szybko. Chcesz mieć pewność, że rozumiesz, jak będzie działać nowy materiał lub proces, zanim przejdziesz dalej z nim. Jeśli coś pójdzie nie tak , tworzysz duże problemy dla Twoich klientów (producentów samolotów i ich klientów).

Ile prototypów, których możesz potrzebować? Mam nadzieję, że to nie wszystko metoda prób i błędów.

„Próba i błąd” jest czasami nazywana również „nauką” czyli to, czego potrzebujesz, aby rozwijać nowe technologie. Oczywiście w miarę postępu testów i wzrostu ryzyka chciałbyś, aby część „błędu” nadal się zmniejszała. Ale część próbna jest bardzo ważna dla zrozumienia, jak rzeczy będą działać (lub nie). Oznacza to nie tylko prototypy w pełnej skali (które będą przejść przez kilka iteracji projektowych, nawet poprzez certyfikację samolotu), ale także podsystemy i komponenty. Musisz też przeprowadzić wystarczającą liczbę testów, aby mieć pewność statystyczną, że wyniki można wiarygodnie odtworzyć.

Inną rzeczą jest oprogramowanie komputerowe, które moim zdaniem ułatwi i obniży koszty projektowania.

To z pewnością prawda, a te technologie zmniejszyła ilość testów fizycznych, które trzeba wykonać. Ale tak czy inaczej będzie to kosztować.

W przypadku produktów takich jak silniki odrzutowe lepsze narzędzia nie oznaczają generalnie „jak tanio możemy zrobić ten proces „ale„ o ile więcej wydajności możemy uzyskać za te same pieniądze ”.

Więc co sprawia, że jest tak droga? Czy istnieje jakiś bardzo kosztowny proces certyfikacji?

Tak. Ludzie lubią latać samolotami z silnikami, które pracują i nie wybuchają. Oznacza to rygorystyczne przepisy i certyfikaty.W przypadku FAA 14 CFR część 33 obejmuje wymagania certyfikacyjne dla silników odrzutowych, aby starać się, aby awarie były jak najmniejsze. Oto tylko niektóre z testów wymaganych przez przepisy:

• Wibracje
• Overtorque
• Kalibracja
• Wytrzymałość
• Nadmierna temperatura
• Pełny zakres roboczy
• Testy systemu i komponentów
• Blokada wirnika
• Całkowite rozerwanie
• Zabezpieczenie łopat / niewyważenie wirnika
• Deszcz, grad i połknięcie ptaków

Niektóre z tych testów będą destrukcyjne, czy to zamierzone, czy przypadkowe. Niektóre z nich będą wymagały dużo czasu i wysiłku. Tylko papierkowa robota związana ze zrozumieniem wszystkich tych wymagań i udokumentowaniem dla organów regulacyjnych, że je spełniłeś, może z łatwością zająć sporą część Twoich 100 osób.

Może ktoś mógłby w pierwszej kolejności wyjaśnić ogólny proces projektowania silników odrzutowych, ponieważ jestem pewien, że byłoby to pomocne. Tak jak ja to sobie wyobrażam, po prostu przechodzisz etap po etapie i próbujesz uzyskać właściwy kształt i średnicę każdego ostrza.

Wygląda na to, że masz podstawowe pomysł. Ale inżynieria to diabeł tkwiący w szczegółach.

Po pierwsze, nowoczesne silniki mogą mieć 20 lub więcej stopni, podłączonych do 2 lub 3 oddzielnych szpul. Inżynierowie muszą zdecydować o optymalnej liczbie stopni i suwaków dla projektu silnika. Oznacza to, że analizując wiele różnych konfiguracji, złożoność ma tendencję do wzrostu wykładniczego, ponieważ każdy etap wpływa na resztę systemu.

Tak, proces jest stosunkowo prosty, jeśli masz do analizy statyczne warunki. Oczywiście jest ważne, aby zoptymalizować zużycie paliwa podczas rejsu. Ale silnik nadal musi pracować w szerokim zakresie warunków. Następnie mamy do czynienia z dynamicznymi warunkami przyspieszania i zwalniania. Silnik musi się uruchamiać i być stabilny zarówno przy bocznym, jak i tylnym wietrze. Musi wystartować na ziemi lub w powietrzu po bardzo zimnym. Dziwne rzeczy mogą się zdarzyć, gdy rzeczy rozszerzają się i kurczą pod wpływem temperatury.

Jeśli spojrzysz na prostą analizę tego, jak zmiany ciśnienia i temperatury przez silnik odrzutowy, prawdopodobnie wiele rąk macha wokół etapu zwanego„ komorą spalania ”, w którym w magiczny sposób uzyskuje się wzrost temperatury. Proces spalania paliwa w ekstremalnych warunkach silnika odrzutowego jest niezwykle złożony. Powietrze pędzące z przodu musi zostać sprężone, a następnie zwolnione na tyle, aby nie gasić płomienia. Płomień musi znajdować się w sekcji komory spalania przez cały czas pracy i nie może przegrzewać stopni turbiny za nią.

Wyższe temperatury i ciśnienia zapewniają lepszą wydajność, ale materiały są przekraczane ich granice. Nowe nadstopy i techniki produkcyjne muszą zostać udoskonalone, aby stworzyć materiały zdolne do wytrzymania ekstremalnych temperatur podczas wirowania przy tysiącach obrotów na minutę. Muszą umieścić małe otwory i przejścia w łopatkach, aby wypchnąć powietrze chłodzące, które pokrywa powierzchnię łopatki, tak aby nie stykało się bezpośrednio z bardzo gorącym powietrzem w turbinie.

Następnie masz również mechaniczny energia jest pobierana przez generator oraz energia pneumatyczna jest pobierana do układu upustowego samolotu. Silnik musi być w stanie sprostać zmieniającym się wymaganiom tych systemów.

Istnieje również problem z obracającymi się różnymi szpulami i tysiącami obrotów na minutę, które nie powodują zbyt dużego tarcia lub przedwczesnego zużycia. Inżynierowie potrzebują aby zrozumieć temperaturę, aerodynamikę i naprężenia obrotowe każdej części, w całym zakresie roboczym silnika oraz ich wpływ na resztę silnika.

I nie wystarczy, aby coś uzyskać to działa. Ktoś zawsze zada pytanie: „Jak możemy to uczynić bardziej efektywnymi?” Nowoczesne silniki wykorzystują wiele różnych sztuczek, aby wycisnąć jak najwięcej wydajności. Powietrze jest odpowietrzane, a łopatki można regulować, aby silnik był stabilny we wszystkich warunkach roboczych. Opracowywane są nowe koncepcje i technologie. Nowoczesne turbofany mają problem z niskociśnieniową turbiną z tyłu, która musi obracać się tak szybko, jak to możliwe, aby być wydajna, podłączona do wentylatora z przodu, który musi obracać się znacznie wolniej, aby był wydajny. W przypadku Pratta & Whitneya, które podajesz, ich rozwiązaniem była skrzynia biegów, która umożliwiała obracanie się z różnymi prędkościami. To było bardzo trudne wyzwanie, które zajęło im dziesięciolecia, zanim w końcu stworzyli produkt końcowy.

Cała ta złożoność musi być rozwiązana przez oprogramowanie, które monitoruje szereg czujników w całym silniku i stale dostosowuje wiele parametrów w celu utrzymania stabilnej i wydajnej pracy. To oprogramowanie musi działać na komputerach, które będą działać w szerokim zakresie temperatur i przy ciągłych wibracjach.

Należy również pamiętać, w jaki sposób wszystkie te tysiące części zostaną wyprodukowane, a następnie zmontowane, a następnie konserwowane przez cały okres eksploatacji silnika. Potrzebujesz ludzi planujących, aby upewnić się, że mechanik będzie miał dostęp do właściwych komponentów z potrzebnymi narzędziami i jakie procesy należy wykonać, aby złożyć i zdemontować różne części.

Istnieją również efekty uboczne jak hałas i zanieczyszczenie. Będą inżynierowie, których zadaniem będzie zrozumienie, w jaki sposób są one generowane i jak można je zredukować do akceptowalnego poziomu przy jak najmniejszych kosztach.

To tylko przegląd wielu obszarów związanych z projektowaniem silnika odrzutowego. Jest ich z pewnością więcej, a każdy szczegół może wymagać pracy wyspecjalizowanego zespołu.

Komentarze

• Oczywiście po prostu obliczyłem, że potrzebujemy około 1000 z tych 50-funtowych silników RC (5000 $ każdy), aby A320 latać. 🙂
• @PerlDuck Czy uwzględniłeś w tych obliczeniach większe zużycie paliwa przez silniki, dodatkową masę silników i dodatkowe paliwo oraz wyższe zużycie paliwa z powodu tej dodatkowej masy, a także dodatkowa waga tego paliwa i wyższe zużycie paliwa z powodu tej dodatkowej masy …?
• To jest wspaniały przegląd złożoności nowoczesnego ' odrzutowca Silnik ', ale nie ' nie widziałem niczego, co pokazałoby, jak to wszystko w sumie dało 10 miliardów dolarów. Oszacowanie liczby osób potrzebnych do specyfikacji, projektu i przeprojektowania, testów, udogodnień itp. Pomogłoby w tej odpowiedzi (dla mnie).
• @Alexander Oczywiście, że nie. To był tylko żart. Byłem po prostu ciekawy, ilu tych maluchów będziemy potrzebować. Przypomniała mi się mucha z tysiącami małych oczu w porównaniu do innych zwierząt, które mają tylko dwa większe.
• @CramerTV, ile osób jest zaangażowanych? Wiele. Na przykład, jeśli ' ponownie używasz nowego nadstopu, musisz określić ilościowo właściwości materiału: technik przeprowadzający testy mechaniczne w celu zmierzenia wytrzymałości, twardości, udarności itp. , chemika, który ma potwierdzić skład, mechanika, który przekształca metal luzem w próbki do badań, i kierownika laboratorium, aby koordynować sprawy. To ' to cztery osoby zajmujące się tylko jednym aspektem projektowania silnika odrzutowego.

Ostatnio sprawdzałem, że większość naukowców i inżynierów nie zarabia milionerów. Myślę, że to więcej niż 100 do 250 000 szczytów. Nawet jeśli 100 z nich pracuje nad nim przez 10 lat, byłoby to 250 mln, czyli ćwierć miliarda dolarów.

Średnie pensje w przemyśle lotniczym wynoszą mniej niż 100 tys., to nie jest IT, ale to nie jest problem.

Możesz opracować podstawowy eksperymentalny silnik odrzutowy ze 100 inżynierami i naukowców. Rzecz w tym, że nie można zaprojektować i zbudować masowo produkowanego silnika turbowentylatorowego z takim zespołem.
Z 1000. Ale linie lotnicze i władze chcą, aby był niezawodny i nie można zbudować niezawodnego wysokoprzepustowego turbofana z zaledwie 1000. To wymaga tysiące z powodu tego, jak dokładnie wszystko musi zostać zweryfikowane i dwukrotnie sprawdzone.

Budowa konkurencyjnego samolotu silnik jest jeszcze trudniejszy. Byłoby to dziś prawie realistyczne przy 10 000 pracowników, ale nadal jest to wyczyn. Zadanie to nie tylko projektowanie części silnika, większość ciężkiej pracy polega na wypróbowaniu setek materiałów w R & D, projektowanie maszyn, rozwój technologii, QM i QC. Wszystko, co przyczynia się do produkcji dobrych silników, a następnie wydajnej produkcji.

Saturn, jeden z mniejszych konstruktorów silników odrzutowych, zatrudnia obecnie około 23 000 pracowników.
Pratt & Whitney, najmniejsza z wielkiej trójki na Zachodzie, ma ~ 40 000 pracowników.
Rolls-Royce, który produkuje głównie silniki lotnicze (marka samochodów została sprzedana dawno temu), zatrudnia około 50 000 pracowników.
Również ~ 50 000 dla GE Aviation, a kolejne 200 000 w General Electric.

Nie wszyscy z nich to inżynierowie i naukowcy, ale ponad połowa personelu w tak zaawansowanych technologicznie branżach zajmuje się badaniami, projektowaniem i inżynieria, zarządzanie i inne prace, które przyczyniają się do kosztów projektu.

Rzeczywisty zespół projektowy nowoczesnego silnika odrzutowego będzie liczył mniej niż 1000 osób. Ale to tylko ludzie wykonujący prace na wysokim poziomie, diagramy przepływu, obliczenia MES, modele projektowe.
Będą polegać na tysiącach osób, które dostarczą im dane. Tysiące innych stworzy na podstawie ich modeli szczegółowe rysunki i programy CNC dla każdej części. Następnie dla każdej części należy opracować oddzielny program kontroli jakości.

Nie można po prostu skopiować i wkleić z rysunków projektowych do programów CNC. Nie można też skopiować i wkleić z tych rysunków do programów maszyny pomiarowej w celu kontroli jakości.Bazy pomiarowe są różne, więc tolerancje są różne, to jest inny poziom szczegółowości. Zrób ten błąd tylko raz. Dla małej i niezbyt krytycznej części oraz konsekwencji mogą być zauważalne .

Wszystkie odpowiedzi są bardzo dobre, ponieważ szczegółowo opisują potencjalne koszty, ale niech Podaję inny punkt widzenia, aby spojrzeć na tego typu pytania. W wysoce konkurencyjnym środowisku firmy będą rzucać na problem tyle samo pieniędzy, ile warto, aby go rozwiązać. Mówiąc ekonomicznie: „koszt krańcowy równa się zyskowi krańcowemu” .

Projektując nowy silnik, zaczynamy od wszystkich zmian, które dają dużą poprawę wydajności niskim kosztem. Z biegiem czasu te „trywialne” zmiany są badane i jeśli jest wystarczająco dużo „zysk” z ciągłego ataku na problem, zostaną zaatakowane bardziej skomplikowane zmiany z mniejszymi oczekiwanymi korzyściami.

Zastanów się teraz, jak duży jest zysk z wyśw Zaletą silnika jest: Ile oszczędza się paliwo w ciągu wielu tysięcy godzin? Jaka jest spodziewana przyszła wartość rynkowa tego paliwa w świecie o rosnącym niedoborze i spodziewanym opodatkowaniu CO2?

A teraz zastanów się, czy zaimplementujesz ten nowy silnik nie w jednym samolocie, ale w dużej flocie składającej się z setek, a może tysięcy samolotów? Każde ulepszenie silnika, które zrobisz, ma właśnie taką dużą wartość rynkową. Wreszcie, weź pod uwagę, że wiele ulepszeń silników następnej generacji można później przenieść do nowszych opracowań, co określa się mianem „stania na ramieniu gigantów”.

Przykład Weź silnik, który kosztuje około 30 mln USD. Poprawa wydajności, która zwiększa wartość każdego silnika tylko o 1%, będzie warta 300 mln USD, jeśli ten silnik zostanie sprzedany 1000 razy. Jeśli ta poprawa wydajności może zostać ponownie wykorzystana w następnych 10 generacjach silników, to jest to warte 3 miliardy dolarów. Ten prosty przykład pokazuje, że wartość krańcowa R & D może bardzo szybko wzrosnąć, i że firmy są w związku z tym skłonne przeznaczyć dużo pieniędzy na te problemy.

Oprócz innych doskonałych odpowiedzi chciałbym się skupić na naturze badań.

Praca związana z opracowywaniem i badaniem pomysłów, których nie da się jedynie rozwiązać za pomocą modeli komputerowych, jest ogromna .

Jak zauważają inne odpowiedzi, silniki odrzutowe rozwijają się w czołówce teorii i nowych pomysłów, a także popychają istniejące.

Konkretny typowy przykład nr 1

Załóżmy, że łopatka wentylatora można wzmocnić, jeśli zostanie odlany w taki sposób, że rośnie bez pewnych wad krystalicznych lub z pewną strukturą krystaliczną, która teoretycznie powinna być możliwa. Nazwij to „formą delta krystalicznej matrycy tytanowo-węglowej” lub „delta-TCCM „w skrócie. Pozwoliłoby to na stosowanie ostrzy o 1,7% cieńszych i lżejszych, bez utraty siły i bezpieczeństwa, lub ostrzy, które mogą pracować o 1,5% szybciej bez zwiększania naprężenia. Jeśli to prawda, może to być wielka sprawa w ramach następnej generacji obecny silnik.

Problem polega na tym, że wystarczy model. Teraz musisz wiarygodnie osiągnąć to jako problem nauk o materiałach. Musisz

• Zaprojektować proces niezawodny rozwój delta-TCCM w laboratorium, co może być dużym wyzwaniem. Konieczne może być zbadanie wielu technik, rozważenie sposobu ich skalowania, ich podatności na wady i ryzyko. Warunki niezawodnej produkcji delta-TCCM o niskiej wady mogą być bardzo precyzyjne i trudne do utrzymania w wymaganym czasie. To może być ogromny problem, daleki od trywialnego. Jeśli nie chcesz, aby zajęło to latami, być może będziesz musiał rzucić 600 osób tylko na badanie delta-TCCM, aby przekształcić je z koncepcji w użyteczny materiał o zweryfikowanych właściwościach.

• Właściwości mogą być tylko w pewnym stopniu przewidywalne na podstawie teorii. Aby rozwiązać problemy, może być konieczne dodanie śladowych ilości lub niewielkich zmian w procesie. Każdy z nich jest sam w sobie mini projektem.

• Materiał może być trudny do ukształtowania po uformowaniu, więc być może będziesz musiał wrócić do laboratorium, aby nie tylko opracować sprzęt do jego niezawodnego wykonania, ale także aby niezawodnie go wytworzyć w celu nadania kształtu . Idealny kształt.

• Musisz zwiększać skalę od laboratoryjnej do przemysłowej. Oznacza to, że należy stworzyć jej wystarczającą ilość, aby potwierdzić właściwości i ostatecznie zbudować ostrza. To również nie jest trywialne. Przemysł jest zaśmiecony rzeczami, które są łatwe do stworzenia w małych ilościach do badań, ale niezwykle trudne do wyprodukowania na dużą skalę w tych samych warunkach. Niezawodne przejście od próbek 2 mm ² bez wykrywalnych wad struktury krystalicznej / atomowej do zakrzywionych 1.5-metrowe łopatki wentylatora bez wykrywalnych wad struktury krystalicznej / atomowej jest dokładnie tak samo trudne, jak się wydaje w wielu przypadkach.

• Musisz przetestować i ocenić dziesięć tysięcy próbek na tysiące sposobów – w izolacji iw tysiącu scenariuszy w silniku. To bardzo intensywny proces. Jaka jest jego struktura atomowa, jak zawodzi (jakie są jego rodzaje awarii i bezpieczne granice), jak jego struktura atomowa reaguje na sto tysięcy kombinacji / rodzajów / wzorców stresorów, zarówno krótko-, jak i długoterminowych – zdobycie wystarczającego zrozumienia rzeczywiste właściwości, aby móc na nich polegać w zakresie bezpieczeństwa odrzutowców. Być może wróć do podstaw, jeśli coś nie jest potrzebne. W końcu, jeśli tylko jeden silnik zawiedzie , a wada jest spowodowana podstawowym problemem dotyczącym materiału, cała Twoja reputacja i asortyment produktów są zagrożone , a za wszelkie dotychczas sprzedane produkty oraz sprawy sądowe należny będzie zwrot pieniędzy. W tym sensie cała Twoja firma o wartości 500 miliardów dolarów może być narażona w najgorszym przypadku.

• może również zbudować 2 lub 3 całe prototypowe zakłady produkcyjne (fabryki) w różnych lokalizacjach, tylko dla delta-TCCM, aby potwierdzić, że w rzeczywistości możesz niezawodnie odtworzyć kontrolę jakości delta-TCCM w czasie iw różne zakłady / źródła.

• Łopatki wentylatora są zwykle wykonane z kombinacji różnych materiałów. Na przykład w GE-9X, obecnie największym wyprodukowanym silniku turbowentylatorowym, zastosowano kompozyt z włókna węglowego ze stalowymi krawędziami natarcia i krawędziami spływowymi z włókna szklanego dla ochrony przed zderzeniem z ptakami. Samo wykonanie i kształtowanie delta-TCCM nie wystarczy, wymaga również technik bly pozwól mu być częścią kompozytowej łopatki, wystarczająco szczelnie, aby zachować jej jednolitą strukturę pod wszystkimi naprężeniami, cyklami ogrzewania / chłodzenia i wibracjami, które są częścią żywotności łopatki odrzutowej. Jeśli komponenty nie poruszają się, nie kurczą ani nie rozszerzają razem, ostrze może w końcu osłabnąć.

• Jeśli to zadziała, może być konieczne zbudowanie całego łańcucha narzędzi po prostu dla delta-TCCM. Obrabiarki, narzędzia produkcyjne, odlewy ostrzy (być może są one „odlewane odlewnie i potrzebujesz nowej formy dla każdej części), specjalistyczne spawanie laserowe lub inne, opracowanie powłok i klejów delta-TCCM zdolnych do przetrwania w środowisku silnika, które są niezależnymi projektami. Prace.

A to tylko projekt komercjalizacji delta-TCCM. 20-50 milionów dolarów z łatwością, poza szczytem (całkowite domysły z mojej strony, ale daje idea). Możesz mieć 50 lub 200 takich projektów w toku, a inne pojawią się w Twoim przepływie R & D, wszystkie związane z koncepcjami, które „zamierzasz zbadać dla nowej generacji silniki – i wszystkie ich koszty muszą zostać odzyskane poprzez sprzedaż silnika, gdy jest on ostatecznie ukończony.

Konkretny przykład 2:

Prom kosmiczny musiał wytrzymać intensywne ciepło podczas ponownego wejścia na pokład. O wiele więcej ciepła niż jakikolwiek materiał byłby w stanie wytrzymać. Pomysł był prosty: ablacja. Powłoka raczej wypaliłaby się niż stopiła, stopniowo odsłaniając warstwy poniżej, ale nie degradując jako całości.

Stworzenie materiału było dużym wysiłkiem. Nie było zbyt wielu teorii na ten temat, tylko cel stworzenia takiego materiału. Ogromne badania. I za każdym razem: „Dobrze. Teraz znajdź sposób, aby zrobić to samo, ale zmniejszając wagę o 20%.

Komentarze

• Dodaj do tego koszt wszystkich pomysłów, które brzmiało świetnie , dopóki nie napotkali porażki w jednym z tych kroków, której nie można było ' przezwyciężyć. Przez cały ten czas pieniądze & wysiłek związany z projektem odłożonym na półkę i czas na rozpoczęcie nowego projektu.

Oprócz innych odpowiedzi:

Silniki odrzutowe są nie tylko złożone, ale działają na skraju tego, co jest fizycznie możliwe. Na przykład nowoczesne silniki odrzutowe pracują w temperaturach wewnętrznych, które mogą być wyższe niż temperatura topnienia użytych metali.

Kiedy projektujesz nowy silnik odrzutowy, aby odniósł sukces na rynku, musi on być lepszy niż silniki dostępne obecnie: musi mieć większy ciąg, niższy poziom hałasu, mniejsze paliwo zużycie, wyższa niezawodność, niższe koszty eksploatacji lub ich połączenie.

Oznacza to, że każdy projekt przesuwa „krawędź tego, co„ jest fizycznie możliwe ”, tj. rozwija stan techniki. To nie jest tylko nowy projekt silnika, musisz opracować nowe materiały, nowe metody konstrukcji itp. Następnie musisz udowodnić, że te nowe rozwiązania są bezpieczne w użyciu. Tu idą koszty: badania naukowe (które zawsze niosą ze sobą ryzyko, że nowy pomysł nie zadziała tak, jak się spodziewałeś), opracowanie nowej technologii do poziomu gotowego dla konsumenta i certyfikacja.

Myślę, że większość odpowiedzi całkiem ładnie odnosi się do punktów, zespoły są ogromne i jest dużo drogich zaangażowany zestaw.Dodałbym jeszcze trzy punkty:

• Istnieje ryzyko, które należy wycenić. To nie jest tak, jak w przemyśle farmaceutycznym, ale nie wszystkie silniki sprzedają się równie dobrze, więc trzeba zarządzać kosztami różnych silników i konstrukcji.

• Są to wysoce wyspecjalizowane maszyny, więc wraz z nowym silnikiem opracowujesz nowe narzędzia, nowe techniki pomiarowe i nowe oprogramowanie. (Istnieje wiele korzyści ubocznych i wynikających z nich korzyści z tych programów, np .: sonda z wyzwalaczem dotykowym )

• Aby zilustrować kwestię materiałów i kosztów produkcji, silniki te byłyby tańsze, gdyby były wykonane z litego złota.

Tak się składa, że znam faceta, który projektuje profil dla jest fanem jednego z dużych producentów. Jest tylko naukowcem, który przyczynia się do tego projektu i jest to jedyny problem, nad którym pracuje. Ale wymagało to opracowania nowego oprogramowania do obliczania przepływu.

Problem zasadniczo nie dotyczy silników odrzutowych, ale ogólnie budowania złożonych rzeczy.

Powody są takie same, jak w przypadku budowania złożone oprogramowanie. Różnice są tylko stopniowe.

Pytanie można rozpatrywać jako ” Dlaczego tworzenie złożonych systemów o wysokiej jakości kosztuje zaskakująco dużo? ”

Głównym problemem jest c złożoność. Projektowanie istniejących silników odrzutowych jest złożone i wiemy, że projektowanie alternatywy jest procesem bardziej złożonym. To samo dotyczy faktycznego budowania jednego w serii.

Chcemy stworzyć złożony artefakt, nazwijmy go ” nowy silnik odrzutowy „.

Aby to zrobić,

potrzebujemy projektu.

Jako podstawę potrzebujemy specyfikacji projektu .

Aby to zweryfikować, musimy zbudować co najmniej jedną instancję.

W praktyce chcemy mieć możliwość tworzenia wielu przykładów przy ograniczonym koszcie na instancję.

Oznacza to, że musimy również stworzyć wiele innych artefaktów:

Musimy stworzyć jeden lub więcej prototypów bez ograniczania kosztów.

Musimy stworzyć kompletny zestaw narzędzia do tworzenia wielu instancji artefaktu.

Musimy również zbudować narzędzia do testowania artefaktu.

Musimy przetestować jeden lub więcej prototypów i wiele wyprodukowanych instancji w oparciu o specyfikację projektu.

Musimy sprawić, by organizacja zewnętrzna przetestowała specyfikację projektu w oparciu o zasady certyfikacji.

Musimy stworzyć e Organizacja zewnętrzna testuje instancje w oparciu o zasady certyfikacji.

Musimy stworzyć dokumentację, w tym wiarygodne instrukcje dla wielu wariantów usług.

Należy pamiętać, że wszystko to jest niezależne od złożoności sprawy chcemy tworzyć. Nie zależy to nawet od tego, czy zbudujemy fizyczny artefakt, ale to samo dotyczy budowania jego symulacji, tworzenia instancji poprzez integrację z symulacją samolotu klienta.

Wiele kroków jest w pewnym sensie złożony sam w sobie. Kiedy kroki oddziałują na siebie, złożoność ma tendencję do mnożenia się zamiast sumowania. Na przykład drobny błąd w specyfikacji projektu powoduje niewielkie zmiany w większości etapów, a każdy z nich wiąże się ze znacznym narzutem. Zmiana jednego rozmiaru śruby i wytrzymałości jednej spoiny wymaga praktycznie tego samego wysiłku, co zmiana rozmiaru śruby, ponieważ dominują koszty ogólne.

Jeśli budujemy coś złożonego, istnieją pewne sprzeczne z intuicją aspekty pod względem złożoności. Ważną rzeczą jest to, że złożoność i wysiłek związany z testowaniem rośnie bardzo szybko wraz ze wzrostem wymagań jakościowych. Dzieje się tak po części dlatego, że istnieje znacznie więcej mniejszych błędów niż większych. Oznacza to, że trzeba obsłużyć znacznie więcej pojedynczych błędów, co wymaga większej liczby prototypów. Koszt obsługi małego błędu jest mniej więcej taki sam, jak w przypadku dużego błędu.

Aby zilustrować efekt rosnących wymagań jakościowych, pomyśl o zbudowaniu samolotu w oparciu o plan określający kształt i rozmiar jego części . Porównaj to z dodatkowym wymogiem dotyczącym całkowitej długości z tolerancją kilku centymetrów. Teraz należy wziąć pod uwagę zróżnicowanie połączeń komponentów, takie jak odległość śrub od krawędzi części, a także rozszerzalność cieplną części. Teraz doprecyzuj wymagania, aby określić długość z tolerancją kilku milimetrów zgodnie z krzywą temperatury. Teraz niektóre testy trzeba wykonać wiele razy, po sprawdzeniu, ile razy wystarczy. Istotne stają się różnice w rozszerzalności cieplnej różnych materiałów i części pochodzących od różnych dostawców. Dostajesz punkt. I na wszelki wypadek wydaje się nieistotne, aby dbać o rozszerzalność cieplną: Lockheed SR-71 Blackbird faktycznie wyciekał paliwo, gdy był zimny na ziemi, ale nie podczas lotu z prędkością 3,2 ma i około 300 ° C kadłuba, w oparciu o przyjęte limity precyzji . Concorde stał się o 17 cm dłuższy w locie przy około 100 ° C.Świetnie się bawili podczas układania przewodów hydraulicznych.

Zasadniczo dodawanie poszczególnych części jest znacznie bardziej skomplikowane, niż by się tego spodziewała intuicja. Dodanie części do silnika odrzutowego wiąże się nie tylko ze stabilnością części, ale ze stabilnością i zmianą kształtu w czasie cykli cieplnych oraz określeniem dopuszczalnej liczby cykli przed serwisowaniem.

Należy pamiętać, że wszystko to oprócz ilustrując przykłady, nie ma nic wspólnego z silnikami odrzutowymi, nawet z tym, czy chcemy zbudować coś fizycznego.

Konkretne elementy konstrukcyjne silnika odrzutowego można znaleźć w innych odpowiedziach, a ich ocenę złożoności można być wykorzystane do wyprowadzenia wszystkich wysiłków tutaj.

Istniejące odpowiedzi świetnie sprawdzają się w wyjaśnianiu, dlaczego silniki odrzutowe są drogie w rozwoju: ponieważ są tak skomplikowane. Spróbuję odpowiedzieć, dlaczego silniki odrzutowe są tak skomplikowane? Aby to zrozumieć, musimy zbadać ekonomikę silników odrzutowych i sprowadza się to do zużycia paliwa.

Powiedzmy, że idziesz na zakupy do nowego samochodu, a jeden samochód dostaje o 1% lepszą benzynę przebieg niż inny. Może 30 mpg i 30,3 mpg. Powiedziałbyś, że te są tak blisko, że to ledwo ma znaczenie. Równie dobrze może być identyczny i zaczynasz patrzeć, który z nich ma lepszy system dźwiękowy lub najbardziej stylowe fotele. Ale kiedy linie lotnicze kupują nowe samoloty, różnica 1% zużycia paliwa jest OGROMNA.

Linie lotnicze są duże, a paliwo lotnicze drogie. Skromna linia lotnicza (powiedzmy rozmiar Jet Blue) wyda 1 – 2 miliardy dolarów rocznie na samo paliwo lotnicze. A kiedy kupujesz nowy samolot, będzie on na ogół wystarczał na 30 lat. Tak więc przez cały okres eksploatacji floty linie lotnicze wydają około 45 miliardów dolarów na paliwo. Jeśli jeden silnik odrzutowy jest o 1% gorszy pod względem zużycia paliwa, będzie to kosztować linie lotnicze ~ 450 milionów dolarów w ciągu 30 lat. To oznacza jeden procent różnicy w zużyciu paliwa.

Są inne rzeczy, które mogą to nadrobić, takie jak cena zakupu silnika, koszt serwisu i części zamiennych, itp. Tak więc silnik odrzutowy, który pali o 1% mniej efektywność może nadal być ogólnie konkurencyjna, jeśli nadrabia ją w innych obszarach. Ale powyżej kilku procent różnica jest tak wielka, że nie można ich nawet zdradzić.

Tak więc kończy się intensywna rywalizacja „wyścigu zbrojeń” pomiędzy głównymi producentami silników odrzutowych. firma sprawia, że ich silnik jest trochę bardziej skomplikowany, tak że mogą zmniejszyć zużycie paliwa o niewielki ułamek, a następnie wszyscy inni ścigają się, aby nadrobić zaległości. To trwa rok po roku, model silnika po modelu silnika i zanim się zorientujesz, co uruchomiona jako dość prosta maszyna była niezwykle skomplikowana, a przez to kosztowna w wykonaniu.

Komentarze

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Miliard? Potrzebne źródło. Trochę matematyki obala to. Niedrogi samolot, może 4 loty dziennie, 150 osób za lot, 60 dolarów za bilet. Przychody brutto z tego to 13,14 miliona rocznie. Nie ma mowy może kiedykolwiek zbliżyć się do 1 miliarda. Czy chodziło Ci o 1 – 2 miliony ?
• @ DrZ214 nie Miałem na myśli miliard. Zobacz na przykład: businessinsider. com / … kluczowy cytat ” … paliwo i powiązane podatki wzrosły do \ 515 mln $ w kwartale „. Więc \ 500 mln USD / kwartał to 2 miliardy rocznie. Ponadto Jet Blue to zdecydowanie więcej niż 4 loty dziennie, to ' bardziej jak 1000. Może mylisz ich z inną linią lotniczą?
• Ups, Przeczytałem ” samolot pasażerski ” i zobaczyłem to jako samolot, jak w jednym samolocie. Tak, cały samolot może mieć tysiące lotów dziennie. ' zostawię tutaj te komentarze na wypadek, gdyby inni go błędnie odczytali.
• @ DrZ214 Zacytowałem to w ten sposób, ponieważ linie lotnicze nie ' t kupuj tylko jeden silnik na raz. Podejmując decyzję o zakupie, zwykle zobowiązują się do 10, jeśli nie setek silników na raz. Zatem koszty paliwa związane z pojedynczą decyzją o zakupie są duże.

To tylko część odpowiedź, ale nie chciałem publikować tego w komentarzu po tym, jak moderatorzy powiedzieli, że nie ma w komentarzach odpowiedzi:

Przyjrzyj się koncepcji księgowania „obciążona stawka”. Warto pamiętać, że nie potrzeba do współpracy tylko 100 inżynierów. Potrzebujesz 100 inżynierów w budynku, który musi mieć włączone światła i ogrzewanie i / lub klimatyzację, z dozorcami i asystentami administratorów oraz wszystkimi innymi wspaniałymi ludźmi, którzy utrzymują produktywność inżynierów. Jeśli weźmiesz pod uwagę wszystkie te inne koszty prowadzenia działalności, stawka godzinowa, którą firma musi płacić (w przeciwieństwie do tego, co otrzymuje inżynier), jest zupełnie inna.