Varför kostar nya jetmotorer miljarder att utforma?

Även om vi ignorerar lönerna för alla inblandade; ingenjörer, säljare, ledning, Q / A-team, tillverkningsteam, fler säljare och sedan några reservingenjörer …

Jag don ” t förstår. Om det bara är designen av en jetmotor kan råvaror inte vara en viktig faktor även om det är något som titan eller kompositer.

Även om råvarorna i sig inte nödvändigtvis är kostsamma kan materialen, såväl som bearbetning och bearbetning , vara ganska kostsamma. Detta kan kompletteras ytterligare om motorn använder något nytt material för vilket det inte finns någon effektiv produktionsmetod ännu. Detta var fallet för hela produktionen av SR-71 Blackbird som behövs för att ta reda på hur man arbetar med titan innan man faktiskt bygger något . Även när de skräddarsydda delarna har tillverkats för en ny motor måste företaget ta reda på hur man tillverkar delar i tillräcklig mängd y för att tillverka motorerna för marknaden.

Hur många prototyper kan du eventuellt behöva? Jag menar jag hoppas att det inte är alla försök och fel.

Det är inte, men FAA kan kräva olika demonstrationer där de förstör motorn och du kan satsa på att tillverkaren kommer att prova det innan du kör några officiella tester. När godkända initiala tester flygande prototyper måste byggas och testas på riktiga flygplan som kostar pengar, kör flygbränsle som kostar pengar.

Den andra saken är datorprogramvara, som jag trodde skulle göra det enklare och billigare att designa. Beviljas att du inte bara kan mata in önskad dragkraft och trycka på en knapp, men det finns säkert anständig flytande dynamisk programvara där ute som kan hjälpa dig att designa något mycket enklare och snabbare än tidigare.

Det gör en del saker snabbare, som FEM , och gör säkert komplex routing enklare, men som en bra skiftnyckel är CAD-programvara en verktyg som gör saker snabbare och enklare. Det gör inte jobbet åt dig.

Kommentarer

• Siffror för bränslekostnad för att köra en modern motor på olika effektnivåer under en testdag. kan vara användbart för att förstärka detta svar.- Ytterligare hänsyn till kostnader som fastigheter och potentiella ’ äldre kostnader ’ som att betala ut för aktieägarna eller behålla pensionsfonder kan vara användbart för markera. Jetmotorprojekt görs ’ vanligtvis inte av en ensam ingenjör ’ s garage trots allt … Som de säger kostar det , och sedan måste du så småningom betala människor för att lägga till dessa kostnader …
• Underskatta aldrig kostnaderna för att bygga de verktyg som krävs för att bygga en produkt. Exempel på icke-flyg: verktyget som krävs för att tillverka ett integrerat kretschip kan kosta mer än en miljon dollar och att ’ förutsätter att du redan äger all tillverkningsutrustning. Varje gång dina tester hittar en brist som kräver en stor förändring, får du betala dessa kostnader igen.
• Jag ser dina ’ råvaror ’ och jag höjer dig titanium smithing .
• Här är en cool länk där den visar hur motorn testas … de ’ testas på ett plan byggt för att testa motorer …
• Värt att notera att eftersom modern CAD gör saker snabbare och enklare, kan ingenjörer designa mer komplicerade saker. Du brukar inte ’ sluta spendera mindre tid på att designa saker, du designar saker som bara ’ inte var möjliga tidigare.

Jetmotorer är några av de mest komplexa maskinerna som någonsin skapats. De måste vara så lätta, effektiva, säkra och pålitliga som möjligt. Det finns en anledning att de flesta nya trafikflygplaner nyligen har påverkats av förseningar från motortillverkare. Detta är en svår balans att konstruera när det är på schema och budget.

Jetmotorer kan verkligen vara billigare att utveckla och köpa. Du kan få dem till relativt ”överkomliga” priser för fjärrstyrda flygplan. Men kostnaden ökar verkligen med skala och en flygplanägare förväntar sig att en motor ska gå i tusentals timmar med minimalt underhåll samtidigt som man bränner så lite bränsle som möjligt och inte skadar någon. Varje ny generation motorer har varit effektivare än den förra, och dessa förbättringar kommer inte gratis.

Om det bara är att utforma en jetmotor kan råvaror inte vara en viktig faktor även om det är något som titan eller kompositer.

Det är inte bara råvarorna utan också bearbetningen. Moderna motorer driver material till sina gränser och bortom. Avancerad tillverkningsteknik måste utvecklas.

Låt oss säga att du har ett nytt material eller en process du vill använda. Det kan enkelt ta minst hundratusentals dollar bara för att utveckla en, och en ny motor kan innehålla många av dessa. Även för ett billigt råmaterial krävs den mängd arbete som krävs för att skapa testartiklar, sätta upp test, köra dem och dokumentera resultaten växer mycket snabbt. Du vill vara säker på att du förstår hur det nya materialet eller processen kommer att fungera innan du går vidare med det. Om saker går fel skapar du stora problem för dina kunder (flygplanstillverkare och deras kunder).

Hur många prototyper kan du eventuellt behöva? Jag menar jag hoppas att det inte är alla försök och fel.

”Trial and error” kallas ibland också ”science” vilket är vad du behöver för att utveckla ny teknik. Uppenbarligen när testet fortskrider och riskerna ökar skulle du vilja att ”fel” -delen fortsätter att minska. Men testdelen är väldigt viktig för att förstå hur saker faktiskt kommer att fungera (eller inte). Det betyder inte bara prototyper i full skala (som kommer att gå igenom flera design iterationer, även genom flygplanscertifiering) men också delsystem och komponenter. Och du måste göra tillräckligt med tester för att ha statistiskt förtroende för att resultaten kan återges på ett tillförlitligt sätt.

Den andra saken är datorprogramvara som jag trodde skulle göra det enklare och billigare att designa.

Detta är verkligen sant och dessa tekniker har minskat mängden fysiska tester som måste göras. Men hur som helst kommer det att kosta dig pengar.

Med produkter som jetmotorer betyder bättre verktyg i allmänhet inte ”hur billigt kan vi göra denna process ”men” hur mycket mer prestanda kan vi få för samma pengar. ”

Så vad gör det så dyrt? Finns det någon super kostsam certifieringsprocess?

Ja. Folk gillar att flyga på flygplan med motorer som fortsätter att fungera och inte exploderar. Det innebär stränga regler och certifiering.För FAA täcker 14 CFR del 33 certifieringskraven för jetmotorer för att försöka göra felhändelser så sällsynta som möjligt. Här är bara några av de tester som krävs enligt föreskrifter:

• Vibration
• Overtorque
• Kalibrering
• Uthållighet
• Övertemperatur
• Fullt arbetsområde
• System- och komponenttester
• Rotorlås
• Full nedrivning
• Innehåll av blad / obalans i rotor
• Regn, hagel och fågelintag

Några av dessa tester kommer att bli destruktiva, antingen genom design eller av misstag. Vissa av dem kommer att ta mycket tid och ansträngning. Bara pappersarbetet med att förstå alla dessa krav och dokumentera till tillsynsmyndigheterna att du har uppfyllt dem kan lätt ta en bra bit av dina 100 personer.

Kanske kan någon förklara den allmänna processen för design av jetmotorer för det första eftersom jag är säker på att det skulle vara till hjälp. Så som jag föreställer mig det, du går bara steg för steg och försöker få varje bladform och diameter rätt.

Det låter som om du har det grundläggande aning. Men teknik handlar om djävulen i detaljerna.

För det första kan moderna motorer ha 20 eller fler steg, kopplade till 2 eller 3 separata spolar. Ingenjörerna måste bestämma det optimala antalet steg och spolar för motordesignen. Detta innebär att man analyserar många olika konfigurationer, komplexiteten tenderar att öka exponentiellt, eftersom varje steg påverkar resten av systemet.

Ja, processen är relativt enkel om du får statiska förhållanden att analysera. ”Det är viktigt att optimera bränsleförbrukningen vid kryssning. Men motorn måste fortfarande fungera över ett stort antal förhållanden. Sedan finns det de dynamiska förhållandena för acceleration och retardation. Motorn måste starta och vara stabil i både sidvind och medvind. Det måste kunna börja på marken eller i luften efter att ha blivit extremt kall. Konstiga saker kan hända när saker expanderar och krymper med temperaturen.

Om du tittar på enkel analys av hur tryck och temperaturförändring genom en jetmotor, det är förmodligen mycket hand som vinkar om ett steg som kallas” förbrännaren ”där du magiskt får en temperaturökning. Processen att bränna bränslet under extrema förhållanden med en jetmotor är extremt komplex. Luften som rusar fram måste komprimeras och sedan sakta ner för att släck inte lågan. Flamman måste finnas i förbränningsdelen under hela drift och inte överhetta turbinstegen bakom den.

Högre temperaturer och tryck ger bättre effektivitet men material skjuts till sina gränser. Nya superlegeringar och tillverkningstekniker måste perfekteras för att skapa material som tål extrema temperaturer medan de snurrar med tusentals varv per minut. De måste sätta små hål och passager i knivarna för att tvinga ut kylluft som täcker bladets yta så att den inte direkt kommer i kontakt med den extremt heta luften i turbinen.

Då har du också mekanisk energi som extraheras av en generator och pneumatisk energi som extraheras för flygplanets luftluftsystem. Motorn måste kunna klara olika systemkrav.

Det finns också problemet med att olika spolar roterar och tusentals varvtal och inte orsakar för mycket friktionsvärme eller slits för tidigt. Ingenjörer behöver att förstå temperaturerna, aerodynamiken och rotationsspänningen på varje del genom hela motorns arbetsområde och hur det påverkar resten av motorn.

Och det räcker inte bara för att få något det fungerar. Någon kommer alltid att ställa frågan ”Hur kan vi göra detta mer effektivt?” Moderna motorer drar många olika knep för att pressa ut varje effektivitet de kan. Luften avluftas och skovlarna kan justeras för att göra motorn stabil under alla driftsförhållanden. Nya koncept och tekniker utvecklas. Moderna turbofläktar har problemet med en lågtrycksturbin i ryggen som måste snurra så fort som möjligt för att vara effektiv ansluten till en fläkt i fronten som behöver snurra mycket långsammare för att vara effektiv. För Pratt & Whitney-exemplet du ger var deras lösning en växellåda för att låta de två svänga i olika hastigheter. Detta var en mycket svår utmaning som tog dem årtionden att äntligen komma in i en slutprodukt.

All denna komplexitet måste hanteras av programvara som övervakar en rad sensorer i hela motorn och kontinuerligt justerar de många parametrarna för att upprätthålla stabil och effektiv drift. Denna programvara måste köras på datorer som fungerar över ett stort temperaturområde och under konstant vibration.

Du måste också komma ihåg hur alla dessa tusentals delar kommer att tillverkas och sedan monteras och sedan underhållas under motorns livslängd. Du behöver människor som planerar för att säkerställa att en mekaniker har tillgång till rätt komponenter med de verktyg de behöver, och vilka processer som måste följas för att montera och demontera de olika delarna.

Sedan finns det också säkerhetseffekter som buller och föroreningar. Det kommer att finnas ingenjörer som har till uppgift att förstå hur dessa genereras och hur de kan reduceras till acceptabla nivåer med så låg kostnad som möjligt.

Detta är bara en översikt över de många områden som är involverade i utformningen av en jetmotor. Det finns verkligen fler, och varje detalj här kan lätt kräva ett specialiserat team som arbetar med det.

Kommentarer

• Naturligtvis beräknade jag bara att vi behöver ungefär 1000 av dessa 50 pund drar RC-motorer (5000 $ vardera) för att få en A320 att flyga. 🙂
• @PerlDuck Har du tagit med i den beräkningen den högre bränsleförbrukningen för motorerna, motorns tilläggsvikt och extra bränsle och högre bränsleförbrukning på grund av den extra vikten och extra vikt av det bränslet och den högre bränsleförbrukningen på grund av den extra vikten …?
• Detta är en fantastisk översikt över komplexiteten i ett modernt ’ ’ motor men jag såg inte ’ något som visade hur det hela uppgick till 10 miljarder USD. Att uppskatta antalet personer som krävs för specifikationerna, designen och redesignen, testet, anläggningarna etc. skulle hjälpa detta svar (för mig.)
• @Alexander Det har jag naturligtvis inte. Det var bara ett skämt. Jag var bara nyfiken på hur många av de små vi skulle behöva. Fick mig att tänka på en fluga med sina tusentals små ögon jämfört med andra djur med bara två större.
• @CramerTV, antal personer inblandade? Massor. Om du till exempel ’ använder en ny superlegering måste du kvantifiera materialets egenskaper: en mekanisk testtekniker för att mäta styrka, hårdhet, seghet och så vidare , en kemist för att bekräfta kompositionen, en maskinist för att konvertera bulkmetall till testprover och en laboratoriehandledare för att samordna saker. Att ’ är fyra personer för bara en aspekt av en del av utformningen av en jetmotor.

Senast jag kollade, gör de flesta forskare och ingenjörer inte miljonärlön. Jag tror att det är mer än 100 till 250 000 toppar. Även om du hade 100 av dem som arbetade i 10 år på det skulle det vara 250 miljoner, eller en fjärdedel av en miljard dollar.

Lönerna inom flygindustrin är i genomsnitt mindre än 100 000, det är inte IT, men de är inte frågan.

Du kan utveckla en grundläggande experimentell jetmotor med 100 ingenjörer och vetenskapsmän. Saken är att du inte kan designa och bygga en massproducerad turbofläktmotor med ett sådant team.
Du kan med 1000. Men flygbolag och myndigheter vill ha det pålitligt, och du kan inte bygga en pålitlig turbofan med hög förbikoppling med endast 1000. Det tar tusentals på grund av hur noggrant allt måste valideras och dubbelkontrolleras.

Bygga en konkurrenskraftig trafikflygplan Motorn är ännu hårdare. Det skulle vara realistiskt idag med 10 000 anställda, men ändå en prestation. Jobbet är inte bara design av motordelar, det mesta av det hårda arbetet är att testa hundratals material i R & D, maskindesign, teknikutveckling, QM och QC-utveckling. Alla saker som bidrar till att producera bra motorer och sedan producera dem effektivt.

Saturnus, en av de mindre byggmaskinerna i dag, har ~ 23 000 anställda.
Pratt & Whitney, den minsta av de tre stora i väst, har ~ 40 000.
Rolls-Royce, som oftast tillverkar flygmotorer (bilmärket såldes för länge sedan) har ~ 50 000 anställda.
Också ~ 50 000 för GE Aviation, med ytterligare 200 000 General Electric totalt.

Inte alla dessa är ingenjörer och forskare, men mer än hälften av personalen i sådana högteknologiska industrier är inom forskning, design, teknik, ledning och andra jobb som bidrar till designkostnader.

Det faktiska designteamet för en modern jetmotor kommer att vara under 1 000 personer. Men det är bara människorna som gör högnivåarbetet, flödesdiagrammen, FEA-beräkningarna, designmodellerna.
De kommer att förlita sig på tusentals för att ge dem informationen. Från sina modeller kommer tusentals fler att producera detaljerade ritningar och CNC-program för varje enskild del. För varje enskild del måste sedan ett separat QC-program utvecklas.

Du kan inte bara kopiera och klistra in från designritningar till CNC-program. Inte heller kan du kopiera och klistra in från dessa till mätmaskinsprogram för QC.Mätbaserna är olika, så toleranserna är olika, det är en annan detaljnivå. Gör det misstaget bara en gång. För en liten och inte särskilt kritisk del, och konsekvenserna kan märkas .

Svaren är alla väldigt bra genom att de beskriver potentiella kostnader, men låter jag ger en annan vinkel för att titta på dessa typer av frågor. I en mycket konkurrensutsatt miljö kommer företag att kasta så mycket pengar på ett problem som det är värt för dem att få det löst. I ekonomiskt tal: ”marginalkostnad är lika med marginalvinst” .

När man utformar en ny motor börjar man med alla förändringar som ger en stor prestandaförbättring till en låg kostnad. Med tiden undersöks de ”triviala” förändringarna, och om det finns tillräckligt ”vinst” från kontinuerlig attack mot problemet, mer komplicerade förändringar med mindre förväntade vinster kommer att attackeras.

Tänk nu på hur hög vinsten från en visning Utvecklingen av en motor är: Hur mycket bränsle sparas under de många tusen timmarna? Vad är det förväntade framtida marknadsvärdet för det bränslet i en värld med ökande brist och förväntad CO2-beskattning?

Tänk nu att du kommer att implementera den här nya motorn inte i ett enda plan, utan i en stor flotta med hundratals, kanske tusentals flygplan? Varje förbättring av motorn som du gör har bara sådan ett stort marknadsvärde. Tänk slutligen att många förbättringar av nästa generations motorer kan tas över till nyare utveckling senare, något som kallas ”stå på jättarnas axel”.

Ett exempel Ta en motor som kostar cirka 30 miljoner USD. En prestandaförbättring som ökar värdet på varje motor med endast 1% är värd 300 miljoner USD om den säljs 1000 gånger. Om den prestandaförbättringen kan återanvändas under de kommande tio generationerna av motorer är den värd 3 miljarder USD. Detta enkla exempel visar att marginalvärdet för R & D kan bli riktigt högt mycket snabbt, och att företagen därför är villiga att kasta mycket pengar på dessa problem.

Om jag lägger till andra utmärkta svar vill jag fokusera på forskningen.

Arbetet med att utveckla och utforska idéer som inte bara kan lösas via datormodeller är enormt .

Som andra svar noterar utvecklas jetmotorer i framkant av teori och nya idéer, liksom att driva på befintliga.

Konkret typiskt exempel # 1

Antag att vi tror att ett fläktblad kan göras starkare om den gjuts på ett sätt så att den växer utan vissa kristallina brister, eller med en viss kristallstruktur som i teorin borde vara möjlig. Kalla det ”delta form titan-kol kristallmatris” eller ”delta-TCCM ”kort sagt. Detta skulle möjliggöra 1,7% tunnare och lättare blad, utan förlust av styrka eller säkerhet, eller blad som kan gå 1,5% snabbare utan att öka spänningen. Om det är korrekt kan det vara en stor sak som en del av nästa generation av den aktuella motorn.

Problemet är att det är så långt en modell tar dig. Nu måste du uppnå det på ett tillförlitligt sätt som ett materialvetenskapligt problem. Du måste

• Designa en process för att utveckla delta-TCCM på ett tillförlitligt sätt i ett laboratorium, vilket kan vara en stor utmaning. Du kan behöva utforska flera tekniker, överväga hur de skalas, deras känslighet för brister och risker. Förhållandena för pålitlig delta-TCCM-produktion med låg felhastighet kan vara mycket exakta och svåra att underhålla under den tid det tar. Detta kan vara ett stort problem, långt ifrån trivialt. Om du inte vill att det ska ta år kan du behöva kasta 600 personer bara på delta-TCCM-undersökningen för att förvandla det från ett koncept till ett användbart material med verifierade egenskaper.

• Egenskaperna kan bara vara något förutsägbara enligt teorin. Du kan behöva lägga till spårmängder eller små processförändringar, på tarmkänslan, för att lösa problemen. Var och en av dessa är ett miniprojekt i sig.

• Materialet kan vara svårt att forma när det väl har formats, så du kan behöva gå tillbaka till ditt laboratorium för att inte bara utforma utrustning för att skapa den på ett tillförlitligt sätt, utan att skapa den på ett tillförlitligt sätt för att forma . Perfekt form.

• Du måste skala upp från laboratorium till branschskala. Det vill säga att skapa tillräckligt med det för att bekräfta egenskaper och slutligen bygga blad. det är också långt ifrån trivialt. Industrin är fylld med saker som är lätta att skapa i små mängder för forskning, men otroligt svåra att producera i skala till samma förhållanden. Går pålitligt från 2 mm ² prover utan detekterbara kristallina / atomstrukturfel, till böjda 1.5 m fläktblad utan detekterbara kristallina / atomstrukturfel, är exakt lika svårt som det låter i många fall.

• Du måste testa och bedöma tiotusen prover på tusen sätt – isolerat och i tusen scenarier i en motor. Detta är en mycket intensiv process. Vad är dess atomstruktur, hur misslyckas den (vilka är dess misslyckande och säkra gränser), hur reagerar dess atomstruktur på hundratusen kombinationer / typer / mönster av stressfaktorer, både på kort och lång sikt – får tillräckligt med förståelse för de faktiska egenskaperna för att kunna lita på dem för strålsäkerhet. Kanske gå tillbaka till grunderna om något inte är nödvändigt. När allt kommer omkring bara en motor misslyckas och bristen spåras till en grundläggande fråga med materialet är hela ditt rykte och produktutbud i riskzonen , och återbetalningar kommer att betalas för allt som sålts hittills plus tvister. Hela din verksamhet på 500 miljarder dollar kan i värsta fall riskeras, i så fall.

• Du kan också bygga två eller tre hela prototypproduktionsanläggningar (fabriker) på olika platser, bara för delta-TCCM, för att bekräfta att du faktiskt kan reproducera din delta-TCCM-kvalitetskontroll tillförlitligt över tid och i olika anläggningar / källor.

• Fläktblad är vanligtvis gjorda av en kombination av olika material. Till exempel använder GE-9X, för närvarande den största turbofläktmotorn, en kolfiberkomposit med framkanter av stål och bakkanter av glasfiber för skydd mot fågelskador. Att bara göra och forma delta-TCCM är inte tillräckligt, det behöver också tekniker som låt det vara en del av ett kompositblad, tätt nog för att bibehålla sin enhetliga struktur under alla påkänningar och värme- / kylcykler och vibrationer som ingår i jetblads livslängd. Om komponenterna inte rör sig, krymper och expanderar tillsammans kan bladet så småningom försvagas.

• Om det fungerar kan du behöva bygga en hel verktygskedja bara för delta-TCCM. Bearbetningsverktyg, produktionsverktyg, bladgjutningar (kanske de ”destruktivt gjutna och du behöver en ny form för varje del), specialiserad laser eller annan svetsning, utveckling av delta-TCCM-beläggningar och lim kapabla att uthärda i en motormiljö, som alla är deras egna oberoende projekt. Fungerar.

Och det är bara projektet att kommersialisera delta-TCCM. 20-50 miljoner dollar enkelt, från toppen (totalt gissning från min sida, men ger en idé). Du kanske har 50 eller 200 sådana projekt pågår och andra kommer upp i ditt R & D-flöde, allt relaterat till begrepp som du ska utforska för din nya generation av motorer – och alla deras kostnader behöver återvinnas genom försäljning av motorn när den är slutförd.

Konkret exempel 2:

Rymdfärjan var tvungen att motstå intensiv värme vid återinträde. Mycket mer värme än något annat material tål. Idén som nåddes var enkel: ablation. Beläggningen skulle brinna bort snarare än att smälta, gradvis exponera lager nedan, men inte nedbrytande som helhet.

Att skapa materialet var en stor insats. Det fanns inte mycket av en teori om sådana saker, bara ett mål att skapa ett sådant material. Enorm forskning. Och varje gång, ”Bra. Hitta nu ett sätt att göra detsamma men gör det 20% mindre vikt ”.

Kommentarer

• Lägg till det kostnaden för alla idéer som lät bra tills de drabbades av ett bakslag i ett av de stegen som bara inte kunde övervinnas ’. Hela tiden, pengar & ansträngning för ett lagrat projekt och tid att börja om på ett nytt.

Förutom de andra svaren:

Jetmotorer är inte bara komplicerade, de fungerar på kanten av vad som är fysiskt möjligt. Moderna jetmotorer går till exempel vid interna temperaturer som kan vara högre än smältpunkten för de använda metallerna.

När du designar en ny jetmotor för att den ska bli framgångsrik på marknaden måste den vara bättre än de motorer som för närvarande finns: den måste ha mer dragkraft, lägre ljudnivåer, lägre bränsle förbrukning, högre tillförlitlighet, lägre driftskostnader eller en kombination därav.

Detta betyder att varje design flyttar ”kanten på vad som är fysiskt möjligt”, dvs det främjar den senaste tekniken. Det är inte bara en ny motordesign, du måste utveckla nya material, nya konstruktionsmetoder etc. Då måste du bevisa att den här nya utvecklingen är säker att använda. Det är här kostnaden går: vetenskaplig forskning (som alltid medför risk för att din nya idé inte fungerar lika bra som du hoppats), utveckling av den nya tekniken till en konsumentklar nivå och certifiering.

Jag tror att de flesta svaren adresserar punkterna ganska snyggt, lagen är enorma och det är mycket dyra inblandade kit.Jag skulle lägga till ytterligare tre poäng:

• Det finns en risk som måste prissättas i. Det är inte som i Pharma, men inte alla motorer säljer lika bra, så du måste hantera kostnaderna för olika motorer och konstruktioner.

• Dessa är högspecialiserade maskiner, så tillsammans med en ny motor utvecklar du nya verktyg, nya mättekniker och ny programvara. (Det finns många spin-offs och resulterande fördelar med dessa program t.ex.: touch trigger probe )

• Bara för att illustrera poängen med material och tillverkningskostnader skulle dessa motorer vara billigare om de är gjorda av massivt guld.

Jag känner råkar killen som designar profilen för fläkten för en av de stora tillverkarna. Han är bara den akademiker som bidrar till den designen, och det är det enda problemet han jobbar med. Men det innebar att utveckla ny programvara för att beräkna flödet.

Problemet handlar inte i grunden om jetmotorer utan om att bygga komplexa saker i allmänhet.

Anledningarna är desamma som för att bygga en komplex mjukvara. Det finns bara gradvisa skillnader.

Frågan kan ses som ” Varför kostar det förvånansvärt mycket att skapa komplexa system av hög kvalitet? ”

Huvudfrågan är c omplexitet. Utformningen av befintliga jetmotorer är komplex och vi vet att design av ett alternativ är ett processkomplex som är mer komplext än det. Samma sak för att faktiskt bygga en i serie.

Vi vill skapa en komplex artefakt, låt oss namnge den ” ny jetmotor ”.

För att göra detta

behöver vi en design för det.

Som bas för det behöver vi en designspecifikation .

För att verifiera det måste vi bygga minst en instans.

I praktiken vill vi faktiskt kunna skapa flera exempel till en begränsad kostnad per instans.

Det betyder att vi måste skapa flera andra artefakter också:

Vi måste skapa en eller flera prototyper utan att begränsa kostnaden.

Vi måste skapa en komplett uppsättning verktyg för att producera flera instanser av artefakten.

Vi måste också bygga verktyg för att testa artefakten.

Vi måste testa en eller flera prototyper och flera producerade instanser baserade på designspecifikation.

Vi måste göra en extern organisation som testar designspecifikationen utifrån certifieringsregler.

Vi måste göra en e x externa organisations testinstanser baserade på certifieringsregler.

Vi måste skapa dokumentation, inklusive tillförlitliga instruktioner för flera varianter av tjänster.

Observera att allt detta är oberoende av sakens komplexitet vi vill skapa. Det beror inte ens på om vi bygger en fysisk artefakt, den gäller precis samma sak för att bygga en simulering av den, producera instanser genom att integrera den i flygsimulering av kunden.

De många stegen är något komplex i sig. När steg samverkar tenderar komplexiteten att multipliceras istället för att lägga till. Till exempel orsakar ett mindre fel i designspecifikationen mindre förändringar i de flesta stegen, och var och en av dem har en betydande overhead. Att byta en skruvstorlek och en svetsstyrka kräver praktiskt taget samma ansträngning som att bara ändra skruvstorleken, eftersom omkostnaderna dominerar.

Om vi bygger något komplicerat finns det några kontra intuitiva aspekter i termer av komplexitet. En viktig är att testets komplexitet och ansträngning ökar mycket snabbt för att öka kvalitetskraven. Det beror delvis på att det finns många fler mindre fel än större. Det betyder att många fler enstaka fel måste hanteras, vilket kräver fler prototyper. Overhead för att hantera ett litet fel är ungefär detsamma som för ett stort fel.

För att illustrera effekten av ökande kvalitetskrav, tänk på att bygga ett flygplan baserat på en plan som anger formen och storleken på dess delar . Jämför det med ett ytterligare krav på den totala längden med en tolerans på några centimeter. Nu måste du ta hänsyn till variationen av komponentanslutningar, som avståndet mellan skruvarna och delarnas kanter, och även delarnas termiska expansion. Förfina nu kraven för att specificera längden med en tolerans på några millimeter enligt en temperaturkurva. Nu måste vissa tester göras flera gånger efter att ha upptäckt hur många gånger det räcker. Och skillnaderna i termisk expansion av olika material och delar från olika leverantörer blir relevanta. Du förstår poängen. Och bara om det verkar irrelevant att bry sig om termisk expansion: Lockheed SR-71 Blackbird läckte faktiskt bränsle när det var kallt på marken, men gjorde inte när det flyger vid Mach 3,2 och cirka 300 ° C skrovtemperatur, baserat på accepterade gränser för precision . Concorde blev 17 cm längre under flygning vid cirka 100 ° C.De hade jättekul när de placerade hydrauliska ledningar.

Att lägga till enskilda delar är i grund och botten mycket mer komplicerat än vad intuitionen förväntar sig. Att lägga till en del i en jetmotor innebär inte bara delens stabilitet utan stabilitet och formförändring över värmecykling och bestämning av acceptabelt antal cykler före service.

Observera att allt detta, förutom att illustrerande exempel, har inget att göra med jetmotorer, inte ens om vi vill bygga något fysiskt.

De specifika designelementen för en jetmotor finns i andra svar, och en komplexitetsuppskattning av dem kan användas för att härleda allt som helst.

De befintliga svaren gör ett bra jobb med att svara på varför jetmotorer är dyra att utveckla: eftersom de är så komplicerade. Låt mig försöka svara, varför är jetmotorer så komplicerade? För att förstå det måste vi undersöka ekonomin med jetmotorer, och det handlar om bränsleeffektivitet.

Låt oss säga att du handlar efter en ny bil, och en bil får 1% bättre bensin körsträcka som den andra. Kanske 30 mpg och 30,3 mpg. Du skulle säga att de är så nära att det knappt betyder något. Det kan lika gärna vara identiskt och du börjar titta på vilken som har det bättre ljudsystemet eller de mest snygga sätena. Men när flygbolagen handlar efter nya flyg är skillnaden i bränsleeffektivitet 1% ENORM.

Flygbolagen är stora och flygbränsle är dyra. Ett blygsamt flygbolag (säg Jet Blue-storlek) kommer att spendera \ 1 – 2 miljarder dollar per år bara på flygbränsle. Och när du köper ett nytt plan kommer det i allmänhet att pågå i 30 år. Så under flottans livstid spenderar flygbolaget ungefär 45 miljarder dollar i bränsle. Om en jetmotor är 1% sämre i bränsleeffektivitet, kommer det att kosta flygbolaget ~ 450 miljoner dollar under 30 år. Det är för en procent skillnad i bränsleeffektivitet.

Nu finns det andra saker som kan kompensera det, som motorns inköpspris, servicekostnader och reservdelar osv. Så en jetmotor som är 1% sämre i bränsle effektivitet kan fortfarande vara konkurrenskraftigt totalt sett om det kompenserar det på andra områden. Men utöver några procent är skillnaden så stor att du inte ens kunde ge bort dem.

Så vad du slutar med är denna intensiva ”vapenlopp” -tävling mellan de stora jetmotorn OEMS. företaget gör sin motor lite mer komplicerad så att de kan förbättra bränsleeffektiviteten med en liten bråkdel, och sedan tävlar alla andra för att komma ikapp. Detta fortsätter år efter år, motormodell efter motormodell, och innan du vet vad startade som en ganska enkel maskin har varit extremt komplicerad och därmed dyr att göra.

Kommentarer

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Miljarder? Citation behövs. En liten matte motbevisar detta. Ett budgetflygplan, kanske 4 flygningar per dag, 150 procent per flygning, 60 dollar per biljett. Bruttointäkterna på det är 13,14 miljoner per år. Inget sätt kunde någonsin närma sig 1 miljard. Menade du 1 – 2 miljoner ?
• @ DrZ214 nej jag menade miljarder. Se till exempel: affärsinsider. com / … nyckeluppgift ” … bränsle och relaterade skatter steg till 515 miljoner dollar för kvartalet ”. Så $ 500m / kvartal är 2 miljarder per år. Jet Blue är definitivt mer än fyra flygningar per dag, det ’ är mer som 1000. Kanske förvirrar du dem med ett annat flygbolag?
• Oj, Jag läste ” trafikflygplan ” och såg det som flygplan, som i ett enda plan. Ja, hela flygplanet kan ha tusentals flygningar per dag. Jag ’ Jag lämnar dessa kommentarer här om andra missläser det.
• @ DrZ214 Jag citerade det så eftersom flygbolagen inte ’ t bara köpa en motor i taget. När de fattar ett köpbeslut förbinder de sig vanligtvis till 10-talet om inte 100-talet motorer åt gången. Så bränslekostnaderna som ingår i ett enda köpbeslut är stora.

Detta är bara en del av svara, men jag ville inte lägga upp det i en kommentar efter att moderatorerna sa att de skulle hålla svar utanför kommentarerna:

Titta på redovisningskonceptet för en ”belastad ränta.” Det hjälper dig att komma ihåg att du inte bara behöver 100 ingenjörer som samarbetar. Du behöver 100 ingenjörer i en byggnad som måste hålla lamporna tända och värma och / eller luftkonditionera, med vaktmästare och administratörsassistenter och alla andra underbara människor som håller ingenjörerna produktiva. När du tar hänsyn till alla dessa andra kostnader för verksamheten är timpriset som företaget måste betala (i motsats till vad ingenjören får) helt annorlunda.