Warum kosten neue Düsentriebwerke Milliarden für das Design?

Auch wenn wir die Gehälter aller Beteiligten ignorieren; Ingenieure, Verkäufer, Management, Q / A-Teams, Fertigungsteams, mehr Vertriebsmitarbeiter und dann ein paar Ersatzingenieure …

Ich ziehe an “ Ich verstehe nicht. Wenn es nur um die Entwicklung eines Strahltriebwerks geht, können Rohstoffe möglicherweise kein wesentlicher Faktor sein, selbst wenn es sich um Titan oder Verbundwerkstoffe handelt.

Während die Rohstoffe allein nicht unbedingt teuer sind, können die Materialien sowie die Bearbeitung und Verarbeitung sehr kostspielig sein. Dies kann weiter verschärft werden, wenn der Motor ein neues Material für verwendet Dies war der Fall für die gesamte Produktion der SR-71 Blackbird , die musste herausfinden, wie man mit Titan arbeitet, bevor tatsächlich etwas gebaut wird . Selbst wenn die maßgeschneiderten Teile für einen neuen Motor hergestellt werden, muss das Unternehmen dann herausfinden, wie der hergestellt werden soll Teile in ausreichender Menge y, um die Motoren für den Markt zu produzieren.

Wie viele Prototypen könnten Sie möglicherweise benötigen? Ich meine, ich hoffe, es ist nicht alles Versuch und Irrtum.

Es ist nicht so, aber die FAA erfordert möglicherweise verschiedene Demonstrationen, bei denen der Motor zerstört wird und Sie können wetten, dass der Hersteller dies ausprobieren wird, bevor offizielle Tests durchgeführt werden. Nach bestandener Ersttests müssen fliegende -Prototypen an echten Flugzeugzellen gebaut und getestet werden, die Geld kosten, und mit Düsentreibstoff, der Geld kostet.

Die andere Sache ist Computersoftware, von der ich dachte, dass sie das Design einfacher und billiger macht. Zugegeben, Sie können nicht einfach den gewünschten Schub eingeben und einen Knopf drücken, aber es gibt sicherlich eine anständige fluiddynamische Software, mit der Sie etwas viel einfacher und schneller als zuvor entwerfen können.

Es macht einige Dinge schneller, wie FEM , und erleichtert sicherlich das komplexe Routing, aber wie ein guter Schraubenschlüssel ist CAD-Software ein Tool , das die Dinge schneller und einfacher macht. Es erledigt die Arbeit nicht für Sie.

Kommentare

• Zahlen für die Kraftstoffkosten, um einen modernen Motor für einen Testtag mit verschiedenen Leistungsstufen zu betreiben kann nützlich sein, um diese Antwort zu verstärken.- Auch eine weitere Berücksichtigung von Kosten wie Immobilien und potenziellen ‚ Altkosten ‚ wie die Auszahlung für Aktionäre oder die Aufrechterhaltung von Pensionsfonds könnte nützlich sein Markieren. Jet-Engine-Projekte werden ‚ normalerweise nicht aus der Garage eines einzelnen Ingenieurs ‚ durchgeführt … Wie sie sagen, summieren sich die Kosten und dann müssen Sie schließlich die Leute bezahlen, um diese Kosten zu addieren …
• Unterschätzen Sie niemals die Kosten für die Erstellung der für die Erstellung eines Produkts erforderlichen Tools. Beispiel außerhalb der Luftfahrt: Das zur Herstellung eines integrierten Schaltkreischips erforderliche Werkzeug kann mehr als eine Million Dollar kosten. ‚ setzt voraus, dass Sie bereits alle Fertigungsanlagen besitzen. Jedes Mal, wenn Ihre Tests einen Fehler finden, der eine große Änderung erfordert, müssen Sie diese Kosten erneut bezahlen.
• Ich sehe Ihre ‚ Rohstoffe ‚ und ich erhebe dich Titanschmieden .
• Hier ist ein cooler Link , der zeigt, wie Motoren getestet werden … sie ‚ werden in einem Flugzeug getestet, das zum Testen von Motoren gebaut wurde …

s ist erwähnenswert, dass Ingenieure kompliziertere Dinge entwerfen können, weil modernes CAD die Dinge schneller und einfacher macht. Sie id id = „a1cbfb472d“>

Düsentriebwerke gehören zu den komplexesten Maschinen, die jemals entwickelt wurden. Sie müssen so leicht, effizient, sicher und zuverlässig wie möglich sein. Es gibt einen Grund dafür, dass die meisten neuen Flugzeuge in letzter Zeit von Verzögerungen der Triebwerkshersteller betroffen waren. Dies ist eine schwierige Balance, wenn ein Zeitplan und ein Budget eingehalten werden.

Düsentriebwerke könnten sicherlich billiger zu entwickeln und zu kaufen sein. Sie können sie zu relativ „erschwinglichen“ Preisen für ferngesteuerte Flugzeuge erhalten. Die Kosten steigen jedoch mit der Größe, und ein Flugzeugbesitzer erwartet, dass ein Triebwerk für Tausende von Motoren läuft Stunden mit minimaler Wartung, während so wenig Kraftstoff wie möglich verbrannt wird und niemand verletzt wird. Jede neue Motorengeneration war effizienter als die letzte, und diese Verbesserungen sind nicht kostenlos.

Wenn es sich nur um die Entwicklung eines Strahltriebwerks handelt, können Rohstoffe möglicherweise kein wesentlicher Faktor sein, selbst wenn es sich um Titan oder Verbundwerkstoffe handelt.

Es geht nicht nur um die Rohstoffe, sondern auch um die Verarbeitung. Moderne Motoren bringen Materialien an ihre Grenzen und darüber hinaus. Es müssen fortschrittliche Fertigungstechnologien entwickelt werden.

Nehmen wir an, Sie haben ein neues Material oder einen neuen Prozess, den Sie verwenden möchten. Dies ist problemlos möglich Nehmen Sie mindestens Hunderttausende von Dollar in Anspruch, um einen zu entwickeln, und ein neuer Motor könnte viele davon enthalten. Selbst für ein billiges Rohmaterial ist der Arbeitsaufwand erforderlich, um Testartikel zu erstellen, Tests einzurichten, auszuführen und zu dokumentieren Die Ergebnisse wachsen sehr schnell. Sie möchten sicher sein, dass Sie verstehen, wie das neue Material oder der neue Prozess funktioniert, bevor Sie fortfahren. Wenn etwas schief geht , erstellen Sie große Probleme für Ihre Kunden (Flugzeughersteller und deren Kunden).

Wie viele Prototypen könnten Sie möglicherweise brauchen? Ich meine, ich hoffe, es ist nicht alles Versuch und Irrtum.

„Versuch und Irrtum“ wird manchmal auch als „Wissenschaft“ bezeichnet. Welches ist, was Sie brauchen, um neue Technologien zu entwickeln. Wenn der Test fortschreitet und die Risiken zunehmen, möchten Sie natürlich, dass der „Fehler“ -Teil weiter abnimmt. Der Testteil ist jedoch sehr wichtig, um zu verstehen, wie die Dinge tatsächlich funktionieren (oder nicht). Dies bedeutet nicht nur Prototypen in Originalgröße (was auch der Fall sein wird) Sie müssen mehrere Design-Iterationen durchlaufen (auch durch Flugzeugzertifizierung), aber auch Subsysteme und Komponenten. Außerdem müssen Sie genügend Tests durchführen, um statistisch sicher zu sein, dass die Ergebnisse zuverlässig reproduziert werden können.

Die andere Sache ist Computersoftware, von der ich dachte, dass sie das Design einfacher und billiger macht.

Dies ist sicherlich wahr und diese Technologien haben die Anzahl der durchzuführenden physischen Tests verringert. Aber so oder so kostet es Sie Geld.

Bei Produkten wie Düsentriebwerken bedeuten bessere Werkzeuge im Allgemeinen nicht, wie billig wir machen können Dieser Prozess „aber“ wie viel mehr Leistung können wir für das gleiche Geld bekommen. „

Was macht es so teuer? Gibt es einen sehr kostspieligen Zertifizierungsprozess?

Ja. Menschen fliegen gerne in Flugzeugen mit Motoren, die weiter funktionieren und nicht explodieren. Dies bedeutet strenge Vorschriften und Zertifizierungen.Für die FAA deckt 14 CFR Part 33 die Zertifizierungsanforderungen für Düsentriebwerke ab, um zu versuchen, Ausfallereignisse so selten wie möglich zu machen. Hier sind nur einige der gesetzlich vorgeschriebenen Tests:

• Vibration
• Überdrehmoment
• Kalibrierung
• Ausdauer
• Übertemperatur
• Voller Betriebsbereich
• System- und Komponententests
• Rotorsperre
• Vollständiger Abbau
• Einschluss der Blätter / Unwucht des Rotors

Regen, Hagel und Vogelaufnahme

Einige dieser Tests werden entweder konstruktionsbedingt oder versehentlich zerstörerisch sein. Einige von ihnen werden viel Zeit und Mühe kosten. Nur der Papierkram, der erforderlich ist, um all diese Anforderungen zu verstehen und den Aufsichtsbehörden zu dokumentieren, dass Sie sie erfüllt haben, könnte leicht einen guten Teil Ihrer 100 Mitarbeiter in Anspruch nehmen.

Vielleicht kann jemand den allgemeinen Prozess der Konstruktion von Strahltriebwerken überhaupt erklären, weil ich mir sicher bin, dass das hilfreich wäre. So wie ich es mir vorstelle, gehen Sie einfach Schritt für Schritt durch und versuchen, jede Klingenform und jeden Durchmesser richtig zu machen.

Es hört sich so an, als hätten Sie die Grundlagen Idee. Bei der Technik geht es jedoch im Detail um den Teufel.

Erstens könnten moderne Motoren 20 oder mehr Stufen haben, die an 2 oder 3 separaten Spulen angebracht sind. Die Ingenieure müssen die optimale Anzahl von Stufen und Spulen für die Motorkonstruktion festlegen. Dies bedeutet, dass viele verschiedene Konfigurationen analysiert werden. Die Komplexität nimmt tendenziell exponentiell zu, da sich jede Stufe auf den Rest des Systems auswirkt.

Ja, der Vorgang ist relativ einfach, wenn Sie statische Bedingungen für die Analyse erhalten. Natürlich Es ist wichtig, den Kraftstoffverbrauch bei Kreuzfahrten zu optimieren. Der Motor muss jedoch immer noch unter einer Vielzahl von Bedingungen betrieben werden. Dann gibt es die dynamischen Bedingungen des Beschleunigens und Abbremsens. Der Motor muss starten und sowohl bei Seitenwind als auch bei Rückenwind stabil sein. Es muss in der Lage sein, am Boden oder in der Luft zu starten , nachdem es extrem kalt geworden ist. Seltsame Dinge können passieren, wenn sich Dinge mit der Temperatur ausdehnen und zusammenziehen.

Wenn Sie sich eine einfache Analyse ansehen, wie Druck- und Temperaturänderung durch ein Strahltriebwerk, es gibt wahrscheinlich viel Handbewegung über eine Stufe namens“ Brennkammer „, in der Sie auf magische Weise einen Temperaturanstieg erhalten. Das Verbrennen des Kraftstoffs unter extremen Bedingungen eines Strahltriebwerks ist äußerst komplex. Die Luft, die vorne strömt, muss komprimiert und dann ausreichend verlangsamt werden, um die Flamme nicht löschen. Die Flamme muss während des gesamten Betriebs im Brennkammerabschnitt enthalten sein und darf die dahinter liegenden Turbinenstufen nicht überhitzen.

Höhere Temperaturen und Drücke sorgen für einen besseren Wirkungsgrad, aber die Materialien werden an ihre Grenzen gebracht. Neue Superlegierungen und Herstellungstechniken müssen perfektioniert werden, um Materialien zu schaffen, die extremen Temperaturen standhalten können, während sie sich mit Tausenden von U / min drehen. Sie müssen kleine Löcher und Durchgänge in die Schaufeln einführen, um Kühlluft herauszudrücken, die die Oberfläche der Schaufel bedeckt, damit sie die extrem heiße Luft in der Turbine nicht direkt berührt.

Dann haben Sie auch mechanische Energie wird von einem Generator extrahiert und pneumatische Energie wird für das Zapfluftsystem des Flugzeugs extrahiert. Der Motor muss in der Lage sein, den unterschiedlichen Anforderungen dieser Systeme gerecht zu werden.

Es gibt auch das Problem, dass sich verschiedene Spulen drehen und Tausende von U / min drehen und nicht zu viel Reibungswärme verursachen oder vorzeitig abgenutzt werden die Temperaturen, die Aerodynamik und die Rotationsbelastung jedes Teils über den gesamten Betriebsbereich des Motors zu verstehen und zu verstehen, wie sie sich auf den Rest des Motors auswirken.

Und es reicht nicht aus, um etwas zu bekommen das funktioniert. Jemand wird immer die Frage stellen: „Wie können wir dies effizienter machen?“ Moderne Motoren ziehen viele verschiedene Tricks, um die größtmögliche Effizienz zu erzielen. Die Luft wird abgelassen und die Flügel können so eingestellt werden, dass der Motor unter allen Betriebsbedingungen stabil ist. Neue Konzepte und Technologien werden entwickelt. Moderne Turbofans haben das Problem einer Niederdruckturbine im Heck, die sich so schnell wie möglich drehen muss, um effizient zu sein. Sie ist mit einem Lüfter im vorderen Bereich verbunden, der sich viel langsamer drehen muss, um effizient zu sein. Für das von Ihnen angegebene Beispiel von Pratt & Whitney war die Lösung ein Getriebe, mit dem sich die beiden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen konnten. Dies war eine sehr schwierige Herausforderung, die Jahrzehnte gedauert hat, um endlich zu einem Endprodukt zu gelangen.

All diese Komplexität muss bewältigt werden Software, die eine Reihe von Sensoren im gesamten Motor überwacht und die vielen Parameter kontinuierlich anpasst, um einen stabilen und effizienten Betrieb aufrechtzuerhalten. Diese Software muss auf Computern ausgeführt werden, die in einem großen Temperaturbereich und unter ständigen Vibrationen arbeiten.

Sie müssen auch berücksichtigen, wie all diese Tausenden von Teilen hergestellt und dann zusammengebaut und dann während der gesamten Lebensdauer des Motors gewartet werden. Sie benötigen Mitarbeiter, die planen, um sicherzustellen, dass ein Mechaniker mit den benötigten Werkzeugen Zugriff auf die richtigen Komponenten hat und welche Prozesse zum Zusammen- und Zerlegen der verschiedenen Teile befolgt werden müssen.

Dann gibt es auch Nebeneffekte wie Lärm und Umweltverschmutzung. Es wird Ingenieure geben, die verstehen müssen, wie diese erzeugt werden und wie sie mit möglichst geringen Kosten auf ein akzeptables Maß reduziert werden können.

Dies ist nur eine Übersicht über die vielen Bereiche, die bei der Entwicklung eines Strahltriebwerks eine Rolle spielen. Es gibt sicherlich noch mehr, und jedes Detail hier könnte leicht ein spezialisiertes Team erfordern, das daran arbeitet.

Kommentare

• Natürlich habe ich nur berechnet, dass wir brauchen Etwa 1.000 dieser 50-Pfund-Schub-RC-Triebwerke (jeweils 5.000 US-Dollar) bringen einen A320 zum Fliegen. 🙂
• @PerlDuck Haben Sie in diese Berechnung den höheren Kraftstoffverbrauch der Motoren, das zusätzliche Gewicht der Motoren und den zusätzlichen Kraftstoff sowie den höheren Kraftstoffverbrauch aufgrund dieses zusätzlichen Gewichts und die zusätzliches Gewicht dieses Kraftstoffs und höherer Kraftstoffverbrauch aufgrund dieses zusätzlichen Gewichts …?
• Dies ist ein guter Überblick über die Komplexität eines modernen ‚ -Jets ‚ Engine, aber ich habe ‚ nichts gesehen, was zeigte, wie sich alles auf 10 Mrd. US-Dollar summierte. Das Schätzen der Anzahl der Personen, die für die Spezifikationen, das Design und die Neugestaltung, den Test, die Einrichtungen usw. erforderlich sind, würde dieser Antwort (für mich) helfen.
• @Alexander Natürlich habe ich nicht. Es war nur ein Witz. Ich war nur neugierig, wie viele dieser Kleinen wir brauchen würden. Ich musste an eine Fliege mit Tausenden winziger Augen denken, verglichen mit anderen Tieren mit nur zwei größeren.
• @CramerTV, Anzahl der beteiligten Personen? Viele. Wenn Sie beispielsweise ‚ eine neue Superlegierung verwenden, müssen Sie die Eigenschaften des Materials quantifizieren: einen Mechaniker, der die Festigkeit, Härte, Zähigkeit usw. misst , ein Chemiker zur Bestätigung der Zusammensetzung, ein Maschinist zur Umwandlung von Schüttgut in Prüfkörper und ein Laborleiter zur Koordinierung der Dinge. Das ‚ sind vier Personen für nur einen Aspekt eines Teils des Entwurfs eines Strahltriebwerks.

Zuletzt habe ich überprüft, dass die meisten Wissenschaftler und Ingenieure keine Millionärsgehälter verdienen. Ich denke, es sind mehr als 100 bis 250.000 Tops. Selbst wenn 100 von ihnen 10 Jahre lang daran gearbeitet hätten, wären das 250 Millionen oder eine Viertelmilliarde Dollar.

Die Gehälter in der Luft- und Raumfahrt liegen im Durchschnitt unter 100.000, es ist nicht IT, aber sie sind nicht das Problem.

Sie können ein grundlegendes experimentelles Triebwerk mit 100 Ingenieuren und Wissenschaftler. Die Sache ist, Sie können mit einem solchen Team keinen serienmäßigen Turbofan-Motor entwerfen und bauen.
Sie können mit 1.000. Aber Fluggesellschaften und Behörden wollen es zuverlässig, und Sie können keinen zuverlässigen Hochbypass-Turbofan mit nur 1.000 bauen. Das dauert Tausende, weil alles gründlich validiert und überprüft werden muss.

Erstellen eines wettbewerbsfähigen Verkehrsflugzeugs Motor ist noch schwieriger. Mit 10.000 Mitarbeitern wäre es heute realistisch, aber immer noch eine Leistung. Die Aufgabe besteht nicht nur darin, Motorenteile zu konstruieren, sondern die meiste harte Arbeit besteht darin, Hunderte von Materialien in R D, Maschinendesign, Technologieentwicklung, QM- und QC-Entwicklung. All die Dinge, die dazu beitragen, gute Triebwerke zu produzieren und sie dann effizient zu produzieren.

Saturn, einer der kleineren Triebwerkshersteller von heute, beschäftigt ~ 23.000 Mitarbeiter.
Pratt & Whitney, der kleinste der drei großen Unternehmen im Westen, hat ca. 40.000 Mitarbeiter.
Rolls-Royce, das hauptsächlich Luft- und Raumfahrtmotoren herstellt (die Automarke wurde vor langer Zeit verkauft), beschäftigt ca. 50.000 Mitarbeiter.
Auch ~ 50.000 für GE Aviation, weitere 200.000 für General Electric insgesamt.

Nicht alle von ihnen sind Ingenieure und Wissenschaftler, aber mehr als die Hälfte der Mitarbeiter in solchen High-Tech-Branchen sind in Forschung, Design, Engineering, Management und andere Aufgaben, die zu den Konstruktionskosten beitragen.

Das eigentliche Designteam für ein modernes Düsentriebwerk wird unter 1.000 Mitarbeitern sein. Aber das sind nur die Leute, die die Arbeit auf hoher Ebene erledigen, die Flussdiagramme, die FEA-Berechnungen, die Entwurfsmodelle.
Sie werden sich auf Tausende verlassen, um sie mit den Daten zu versorgen. Aus ihren Modellen werden Tausende weitere detaillierte Zeichnungen und CNC-Programme für jedes einzelne Teil erstellen. Dann muss für jedes einzelne Teil ein separates QC-Programm entwickelt werden.

Sie können nicht einfach von Konstruktionszeichnungen in CNC-Programme kopieren und einfügen. Sie können diese auch nicht kopieren und in Messmaschinenprogramme für die Qualitätskontrolle einfügen.Die Messgrundlagen sind unterschiedlich, daher sind die Toleranzen unterschiedlich, es handelt sich um einen unterschiedlichen Detaillierungsgrad. Machen Sie diesen Fehler nur einmal. Für einen winzigen und nicht besonders kritischen Teil und die Konsequenzen kann auffallen .

Die Antworten sind alle sehr gut, da sie potenzielle Kosten detailliert beschreiben, aber lassen Ich gebe einen anderen Blickwinkel für die Betrachtung dieser Art von Fragen. In einem hart umkämpften Umfeld werden Unternehmen so viel Geld in ein Problem stecken, wie es sich für sie lohnt, es lösen zu lassen. In wirtschaftlicher Hinsicht: „Grenzkosten sind Grenzgewinn“

Beim Entwurf eines neuen Motors beginnt man mit allen Änderungen, die eine große Leistungsverbesserung bei geringen Kosten bewirken. Im Laufe der Zeit werden diese „trivialen“ Änderungen untersucht, und wenn es genug gibt „Gewinn“ durch kontinuierlichen Angriff auf das Problem, kompliziertere Änderungen mit kleineren erwarteten Gewinnen werden angegriffen.

Überlegen Sie nun, wie hoch der Gewinn durch einen Impr Die Leistung eines Motors ist: Wie viel Kraftstoff wird in den vielen tausend Stunden eingespart? Was ist der erwartete zukünftige Marktwert dieses Kraftstoffs in einer Welt mit zunehmender Knappheit und erwarteter CO2-Besteuerung?

Bedenken Sie nun, dass Sie diesen neuen Motor nicht in einem einzigen Flugzeug, sondern in einer großen Flotte von Hunderten, vielleicht Tausenden von Flugzeugen implementieren werden? Jede Verbesserung des Motors, die Sie vornehmen, hat gerade einen so großen Marktwert. Bedenken Sie schließlich, dass viele Verbesserungen an der nächsten Motorengeneration später auf neuere Entwicklungen übertragen werden können, was als „auf der Schulter von Riesen stehen“ bezeichnet wird.

Ein Beispiel Nehmen Sie einen Motor, der etwa 30 Mio. USD kostet. Eine Leistungsverbesserung, die den Wert jedes Motors um nur 1% erhöht, ist 300 Mio. USD wert, wenn dieser Motor 1000-mal verkauft wird. Wenn diese Leistungsverbesserung in den nächsten 10 Motorengenerationen wiederverwendet werden kann, ist sie 3 Milliarden USD wert. Dieses einfache Beispiel zeigt Ihnen, dass der Grenzwert von R & D sehr schnell sehr hoch werden kann und dass die Unternehmen daher bereit sind, viel Geld in diese Probleme zu stecken.

Neben anderen hervorragenden Antworten möchte ich mich auf die Art der Forschung konzentrieren.

Die Arbeit an der Entwicklung und Erforschung von Ideen, die nicht nur über Computermodelle aufgelöst werden können, ist riesig .

Wie andere Antworten bemerken, entwickeln sich Düsentriebwerke an der Spitze der Theorie und neuer Ideen und treiben bestehende voran.

Konkretes typisches Beispiel # 1

Nehmen wir an, wir glauben, dass ein Lüfterblatt kann stärker gemacht werden, wenn es so gegossen wird, dass es ohne bestimmte kristalline Fehler wächst oder mit einer bestimmten kristallinen Struktur, die theoretisch möglich sein sollte. Nennen Sie es „Delta-Form-Titan-Kohlenstoff-Kristallmatrix“ oder „Delta-TCCM“ „kurz gesagt. Dies würde 1,7% dünnere und leichtere Klingen ohne Verlust an Festigkeit oder Sicherheit oder Klingen ermöglichen, die 1,5% schneller laufen können, ohne dass die Belastung zunimmt. Wenn dies richtig ist, könnte dies eine große Sache für die nächste Generation von sein die aktuelle Engine.

Das Problem ist, dass es so weit ist, wie ein Modell Sie führt. Jetzt müssen Sie es tatsächlich als materialwissenschaftliches Problem zuverlässig erreichen. Sie müssen

• einen Prozess entwerfen, um Delta-TCCM zuverlässig in einem Labor zu entwickeln, was eine große Herausforderung sein kann. Möglicherweise müssen Sie mehrere Techniken untersuchen, ihre Skalierung, ihre Anfälligkeit für Fehler und Risiken berücksichtigen. Die Bedingungen für eine zuverlässige Delta-TCCM-Produktion mit niedriger Fehlerrate können sehr genau und für die benötigte Zeit schwer einzuhalten sein. Dies kann ein großes Problem sein, das alles andere als trivial ist. Wenn Sie nicht möchten, dass es Jahre dauert, müssen Sie möglicherweise 600 Personen nur für die Delta-TCCM-Forschung einsetzen, um sie von einem Konzept in ein verwendbares Material mit überprüften Eigenschaften umzuwandeln.

• Die Eigenschaften sind möglicherweise nur theoretisch etwas vorhersehbar. Möglicherweise müssen Sie Spurenmengen oder winzige Prozessänderungen hinzufügen, um die Probleme zu beheben. Jedes dieser Eigenschaften ist ein Mini-Projekt für sich.

• Es kann schwierig sein, das Material nach dem Formen zu formen. Daher müssen Sie möglicherweise zu Ihrem Labor zurückkehren, um nicht nur Geräte zu entwickeln, mit denen es zuverlässig erstellt werden kann, sondern um es zuverlässig zu formen . Perfekte Form.

• Sie müssen von Labor zu Industrie skalieren. Das heißt, Sie müssen genug davon erstellen, um die Eigenschaften zu bestätigen und letztendlich Klingen zu bauen „s auch alles andere als trivial. Die Industrie ist übersät mit Dingen, die für die Forschung in winzigen Mengen leicht herzustellen sind, aber unter den gleichen Bedingungen unglaublich schwer in großem Maßstab zu produzieren sind. Gehen Sie zuverlässig von 2 mm 2 Proben ohne nachweisbare kristalline / atomare Strukturfehler zu gekrümmtem 1 über.5-m-Lüfterflügel ohne erkennbare kristalline / atomare Strukturfehler sind in vielen Fällen genauso schwierig wie es sich anhört.

• Sie müssen zehntausend Proben auf tausend Arten testen und bewerten – isoliert und in tausend Szenarien in einem Motor. Dies ist ein sehr intensiver Prozess. Was ist seine atomare Struktur, wie versagt es (was sind seine Versagensarten und sicheren Grenzen), wie reagiert seine atomare Struktur auf hunderttausend Kombinationen / Arten / Muster von Stressoren, sowohl kurz- als auch langfristig – um genügend Verständnis dafür zu erlangen die tatsächlichen Eigenschaften, um sich für die Jet-Sicherheit auf sie verlassen zu können. Kehren Sie vielleicht zu den Grundlagen zurück, wenn etwas nicht den Anforderungen entspricht. Wenn nur ein Motor ausfällt und der Fehler auf ein grundlegendes Problem mit dem Material zurückzuführen ist, ist Ihr gesamter Ruf und Ihre gesamte Produktpalette gefährdet und Rückerstattungen werden für alle bisher verkauften Produkte zuzüglich Rechtsstreitigkeiten fällig. Ihr gesamtes Geschäft in Höhe von 500 Mrd. USD könnte im schlimmsten Fall in diesem Sinne gefährdet sein.

• Sie Sie könnten auch 2 oder 3 komplette Prototypen-Produktionsanlagen (Fabriken) an verschiedenen Standorten bauen, nur für Delta-TCCM, um zu bestätigen, dass Sie Ihre Delta-TCCM-Qualitätskontrolle tatsächlich zuverlässig im Laufe der Zeit und in der Zeit reproduzieren können Verschiedene Einrichtungen / Quellen.

• Lüfterblätter bestehen normalerweise aus einer Kombination verschiedener Materialien. Beispielsweise verwendet der GE-9X, derzeit der größte hergestellte Turbofan-Motor, einen Kohlefaserverbund mit Stahlvorderkanten und Glasfaser-Hinterkanten für den Schutz vor Vogelschlägen. Nur Delta-TCCM herzustellen und zu formen ist nicht genug, es braucht auch Techniken, die sich darauf verlassen Lassen Sie es einfach Teil einer Verbundklinge sein, fest genug, um seine einheitliche Struktur unter allen Belastungen, Heiz- / Kühlzyklen und Vibrationen, die Teil der Lebensdauer der Strahlklinge sind, beizubehalten. Wenn sich die Komponenten nicht zusammen bewegen, schrumpfen und ausdehnen, wird das Blade möglicherweise schwächer.

• Wenn dies funktioniert, müssen Sie möglicherweise nur eine ganze Toolchain erstellen für Delta-TCCM. Bearbeitungswerkzeuge, Produktionswerkzeuge, Klingenabgüsse (möglicherweise werden sie „zerstörerisch gegossen und Sie benötigen für jedes Teil eine neue Form), Speziallaser- oder anderes Schweißen, Entwicklung von Delta-TCCM-Beschichtungen und Klebstoffen in einer Motorumgebung zu bestehen, die alle ihre eigenen unabhängigen Projekte sind. Die Arbeiten.

Und das ist nur das Projekt zur Kommerzialisierung von Delta-TCCM. 20-50 Millionen US-Dollar leicht von der Spitze (totale Vermutung meinerseits, aber gibt eine Idee). Möglicherweise sind 50 oder 200 solcher Projekte in Bearbeitung, und andere stehen in Ihrem R & D-Ablauf an, die sich alle auf Konzepte beziehen, die Sie für Ihre neue Generation von untersuchen werden Motoren – und alle ihre Kosten müssen durch den Verkauf des Motors erstattet werden, wenn dieser endgültig abgeschlossen ist.

Konkretes Beispiel 2:

Das Space Shuttle musste beim Wiedereintritt starker Hitze standhalten. Weit mehr Hitze als jedes Material aushalten könnte. Die Idee war einfach: Ablation. Die Beschichtung würde eher wegbrennen als schmelzen und die darunter liegenden Schichten allmählich freilegen, aber insgesamt nicht abbauen.

Die Herstellung des Materials war ein großer Aufwand. Es gab nicht viel von einer Theorie solcher Dinge, nur ein Ziel, ein solches Material zu schaffen. Riesige Forschung. Und jedes Mal „Gut. Finden Sie jetzt einen Weg, dasselbe zu tun, aber 20% weniger Gewicht zu haben. „

Kommentare

• Fügen Sie dazu die Kosten aller Ideen hinzu, die klang großartig , bis sie in einem dieser Schritte einen Rückschlag erlitten, der ‚ nicht überwunden werden konnte. Die ganze Zeit Geld & Aufwand für ein zurückgestelltes Projekt und Zeit, um mit einem neuen zu beginnen.

Zusätzlich zu den anderen Antworten:

Düsentriebwerke sind nicht nur komplex, sie arbeiten auch am Rande dessen, was physikalisch möglich ist. Beispielsweise laufen moderne Strahltriebwerke bei Innentemperaturen, die höher sein können als der Schmelzpunkt der verwendeten Metalle.

Wenn Sie ein neues Triebwerk entwickeln, muss es besser sein als die derzeit verfügbaren Triebwerke, damit es auf dem Markt erfolgreich ist: Es muss mehr Schub, weniger Geräuschpegel und weniger Kraftstoff haben Verbrauch, höhere Zuverlässigkeit, niedrigere Betriebskosten oder eine Kombination davon.

Dies bedeutet, dass jedes Design „den Rand dessen bewegt, was“ physisch möglich „ist, dh den Stand der Technik verbessert. Es ist nicht nur ein neues Motordesign, Sie müssen neue Materialien entwickeln. Neue Konstruktionsmethoden usw. Dann müssen Sie nachweisen, dass Ihre neuen Entwicklungen sicher sind. Hier gehen die Kosten an: wissenschaftliche Forschung (die immer das Risiko birgt, dass Ihre neue Idee nicht so funktioniert, wie Sie es sich erhofft hatten), Entwicklung der neuen Technologie auf ein verbraucherfähiges Niveau und Zertifizierung.

Ich denke, die meisten Antworten sprechen die Punkte ganz gut an, die Teams sind riesig und es gibt viele teure Kit beteiligt.Ich würde drei weitere Punkte hinzufügen:

• Es besteht ein Risiko, das eingepreist werden muss. Es ist nicht wie bei Pharma, aber nicht alle Motoren verkaufen sich gleich gut, also Sie Sie müssen die Kosten für verschiedene Motoren und Konstruktionen verwalten.

• Dies sind hochspezialisierte Maschinen. Zusammen mit einem neuen Motor entwickeln Sie also neue Werkzeuge, neue Messtechniken und neue Software. (Es gibt viele Spin-offs und daraus resultierende Vorteile dieser Programme, z. B.: Touch-Trigger-Sonde )

• Nur um die Material- und Herstellungskosten zu veranschaulichen, wären diese Motoren billiger, wenn sie aus massivem Gold gefertigt wären.

Ich kenne zufällig den Typ, für den das Profil entworfen wurde Der Lüfter für einen der großen Hersteller. Er ist nur der Akademiker, der zu diesem Design beiträgt, und das ist das einzige Problem, an dem er arbeitet. Dazu gehörte jedoch die Entwicklung neuer Software zur Berechnung des Flusses.

Das Problem betrifft nicht grundsätzlich Düsentriebwerke, sondern das Bauen komplexer Dinge im Allgemeinen.

Die Gründe sind dieselben wie beim Bauen Eine komplexe Software. Es gibt nur allmähliche Unterschiede.

Die Frage kann als “ angesehen werden. Warum kostet es überraschend viel, komplexe Systeme von hoher Qualität zu erstellen? “

Das Hauptproblem ist c Komplexität. Das Design bestehender Düsentriebwerke ist komplex, und wir wissen, dass das Design einer Alternative ein komplexerer Prozesskomplex ist. Das gleiche gilt auch für den tatsächlichen Bau eines in Serie.

Wir möchten ein komplexes Artefakt erstellen. Nennen wir es “ neues Strahltriebwerk „.

Dazu benötigen wir

ein Design dafür.

Als Grundlage benötigen wir eine Designspezifikation

Um dies zu überprüfen, müssen wir mindestens eine Instanz erstellen.

In der Praxis möchten wir tatsächlich mehrere Exemplare zu begrenzten Kosten pro Instanz erstellen können.

Das bedeutet, dass wir auch mehrere andere Artefakte erstellen müssen:

Wir müssen einen oder mehrere Prototypen erstellen, ohne die Kosten zu begrenzen.

Wir müssen einen vollständigen Satz von erstellen Tools zum Erstellen mehrerer Instanzen des Artefakts.

Wir müssen auch Tools zum Testen des Artefakts erstellen.

Wir müssen einen oder mehrere Prototypen und mehrere produzierte Instanzen basierend auf dem testen Entwurfsspezifikation.

Wir müssen eine externe Organisation veranlassen, die Entwurfsspezifikation basierend auf Zertifizierungsregeln zu testen.

Wir müssen ein e erstellen Testinstanzen für externe Organisationen basierend auf Zertifizierungsregeln.

Wir müssen eine Dokumentation erstellen, einschließlich zuverlässiger Anweisungen für mehrere Servicevarianten.

Beachten Sie, dass dies alles unabhängig von der Komplexität der Sache ist wir wollen schaffen. Es hängt nicht einmal davon ab, ob wir ein physisches Artefakt erstellen, es gilt genauso für das Erstellen einer Simulation davon, wobei Instanzen erzeugt werden, indem es in die Flugzeugsimulation des Kunden integriert wird.

Die vielen Schritte sind etwas komplex an sich. Wenn Schritte interagieren, multipliziert sich die Komplexität eher, als dass sie sich summiert. Beispielsweise führt ein geringfügiger Fehler in der Entwurfsspezifikation zu geringfügigen Änderungen in den meisten Schritten, und jeder von ihnen hat einen erheblichen Overhead. Das Ändern einer Schraubengröße und der Festigkeit einer Schweißnaht erfordert praktisch den gleichen Aufwand wie nur das Ändern der Schraubengröße, da die Gemeinkosten dominieren.

Wenn wir etwas Komplexes bauen, gibt es einige kontraintuitive Aspekte der Komplexität. Ein wichtiger Punkt ist, dass die Komplexität und der Aufwand beim Testen sehr schnell zunehmen, um die Qualitätsanforderungen zu erhöhen. Dies liegt zum Teil daran, dass es viel mehr kleinere Fehler als größere gibt. Dies bedeutet, dass viel mehr einzelne Fehler behandelt werden müssen und mehr Prototypen erforderlich sind. Der Aufwand für die Behandlung eines kleinen Fehlers ist ungefähr der gleiche wie für einen großen Fehler.

Um die Auswirkungen steigender Qualitätsanforderungen zu veranschaulichen, sollten Sie ein Flugzeug auf der Grundlage eines Plans bauen, in dem Form und Größe seiner Teile angegeben sind . Vergleichen Sie dies mit einer zusätzlichen Anforderung der Gesamtlänge mit einer Toleranz von wenigen Zentimetern. Jetzt müssen Sie die Variation der Komponentenverbindungen berücksichtigen, z. B. den Abstand der Schrauben zu den Kanten der Teile und auch die Wärmeausdehnung der Teile. Verfeinern Sie nun die Anforderungen, um die Länge mit einer Toleranz von einigen Millimetern gemäß einer Temperaturkurve anzugeben. Jetzt müssen einige Tests mehrmals durchgeführt werden, nachdem herausgefunden wurde, wie oft genug sind. Und die Unterschiede in der Wärmeausdehnung verschiedener Materialien und Teile von verschiedenen Lieferanten werden relevant. Du verstehst, worum es geht. Und nur für den Fall, dass es irrelevant erscheint, sich um die Wärmeausdehnung zu kümmern: Die Lockheed SR-71 Blackbird leckte tatsächlich Kraftstoff, wenn sie kalt am Boden war, aber nicht, wenn sie mit Mach 3,2 und einer Rumpftemperatur von etwa 300 ° C flog, basierend auf akzeptierten Genauigkeitsgrenzen . Die Concorde wurde im Flug bei ca. 100 ° C 17 cm länger.Sie hatten großen Spaß beim Platzieren von Hydraulikleitungen.

Grundsätzlich ist das Hinzufügen einzelner Teile viel komplexer als die Intuition erwarten würde. Das Hinzufügen eines Teils zu einem Strahltriebwerk beinhaltet nicht nur die Stabilität des Teils, sondern auch die Stabilität und Formänderung während des Wärmezyklus sowie die Bestimmung einer akzeptablen Anzahl von Zyklen vor dem Service.

Beachten Sie, dass dies alles außer Beispiele zu veranschaulichen, hat nichts mit Düsentriebwerken zu tun, auch nicht damit, ob wir etwas Physikalisches bauen wollen.

Die spezifischen Konstruktionselemente für ein Triebwerk finden sich in anderen Antworten, und eine Komplexitätsschätzung davon kann verwendet werden, um die gesamte Anstrengung hier abzuleiten.

Die vorhandenen Antworten sind hervorragend geeignet, um zu beantworten, warum Düsentriebwerke sind teuer in der Entwicklung: weil sie so kompliziert sind. Lassen Sie mich versuchen zu antworten, warum Düsentriebwerke so kompliziert sind. Um das zu verstehen, müssen wir die Wirtschaftlichkeit von Düsentriebwerken untersuchen, und es kommt auf die Kraftstoffeffizienz an.

Nehmen wir an, Sie kaufen ein neues Auto und ein Auto erhält 1% besseres Benzin Kilometerstand als der andere. Vielleicht 30 mpg und 30,3 mpg. Man würde sagen, die sind so nah, dass es kaum darauf ankommt. Könnte auch identisch sein und Sie beginnen zu schauen, welches das bessere Soundsystem oder die elegantesten Sitze hat. Aber wenn die Fluggesellschaften neue Flugzeuge kaufen, ist die Treibstoffeffizienz von 1% RIESIG.

Fluggesellschaften sind groß und Düsentreibstoff ist teuer. Eine Fluggesellschaft von bescheidener Größe (z. B. Jet Blue) wird 1 bis 2 Milliarden US-Dollar pro Jahr allein für Düsentreibstoff ausgeben. Und wenn Sie ein neues Flugzeug kaufen, hält es in der Regel 30 Jahre. Während der gesamten Lebensdauer der Flotte gibt die Fluggesellschaft etwa 45 Milliarden US-Dollar für Treibstoff aus. Wenn ein Düsentriebwerk eine um 1% schlechtere Treibstoffeffizienz aufweist, kostet dies die Fluggesellschaft über 30 Jahre ~ 450 Millionen US-Dollar. Dies entspricht einem Unterschied von 1 Prozent bei der Treibstoffeffizienz.

Nun gibt es noch andere Dinge, die das ausgleichen könnten, wie den Kaufpreis des Triebwerks, die Kosten für Service und Ersatzteile usw. Also ein Düsentriebwerk, dessen Kraftstoff um 1% schlechter ist Effizienz könnte insgesamt noch wettbewerbsfähig sein, wenn sie dies in anderen Bereichen wieder wettmacht. Aber über ein paar Prozent hinaus ist der Unterschied so groß, dass Sie sie nicht einmal verraten können.

Am Ende steht also dieser intensive „Wettrüsten“ -Wettbewerb zwischen den großen Triebwerksherstellern Das Unternehmen macht seinen Motor etwas komplizierter, so dass sie die Kraftstoffeffizienz um einen winzigen Bruchteil verbessern können, und dann rennen alle anderen um Aufholjagd. Dies geht Jahr für Jahr weiter, Motormodell für Motormodell, und bevor Sie wissen, was Das Starten als relativ einfache Maschine war äußerst kompliziert und daher teuer in der Herstellung.

Kommentare

• A modest sized airline (say Jet Blue size) will spend $1 - 2 billion per year on jet fuel alone. … Milliarden? Zitieren erforderlich. Ein wenig Mathematik widerlegt dies. Ein Budget-Flugzeug, vielleicht 4 Flüge pro Tag, 150 Personen pro Flug, 60 Dollar pro Ticket. Der Bruttoumsatz davon beträgt 13,14 Millionen pro Jahr. Auf keinen Fall könnte sich jemals 1 Milliarde nähern. Meinten Sie 1 – 2 Millionen ?
• @ DrZ214 nein, ich meinte Milliarde. Siehe zum Beispiel: Businessinsider. com / … Schlüsselzitat “ … Kraftstoff und damit verbundene Steuern stiegen für das Quartal auf 15 Millionen US-Dollar „. 500 Millionen US-Dollar pro Quartal sind also 2 Milliarden pro Jahr. Außerdem ist Jet Blue definitiv mehr als 4 Flüge pro Tag. ‚ entspricht eher 1000. Vielleicht verwechseln Sie sie mit einer anderen Fluggesellschaft?
• Ups, Ich las “ Verkehrsflugzeug “ und sah es als Flugzeug, wie in einem einzigen Flugzeug. Ja, das gesamte Verkehrsflugzeug könnte Tausende von Flügen pro Tag haben. Ich ‚ werde diese Kommentare hier hinterlassen, falls andere sie falsch lesen.
• @ DrZ214 Ich habe sie so zitiert, weil Fluggesellschaften ‚

Dies ist nur ein Teil der Antwort, aber ich wollte es nicht in einem Kommentar veröffentlichen, nachdem die Moderatoren gesagt hatten, dass sie die Antworten aus den Kommentaren heraushalten sollen:

Sehen Sie sich das Buchhaltungskonzept eines „belastete Rate“ Es ist hilfreich, sich daran zu erinnern, dass nicht nur 100 Ingenieure zusammenarbeiten müssen. Sie benötigen 100 Ingenieure in einem Gebäude, das das Licht an und die Heizung und / oder Klimaanlage halten muss, mit Hausmeistern und Verwaltungsassistenten und all den anderen wunderbaren Menschen, die die Ingenieure produktiv halten. Wenn Sie all diese anderen Geschäftskosten berücksichtigen, ist der Stundensatz, den das Unternehmen zahlen muss (im Gegensatz zu dem, den der Ingenieur erhält), ganz anders.