Nawet jeśli zignorujemy pensje wszystkich zaangażowanych; inżynierów, sprzedawców, kierownictwo, zespoły Q / A, zespoły produkcyjne, więcej sprzedawców, a potem kilku inżynierów zapasowych ...

Nie rozumiem. Jeśli chodzi tylko o zaprojektowanie silnika odrzutowego, to surowce nie mogą być głównym czynnikiem, nawet jeśli jest to coś w rodzaju tytanu lub kompozytów.

Chociaż same surowce niekoniecznie są drogie, materiały, podobnie jak obróbka skrawaniem i przetwarzanie , może być dość kosztowne. Można to dodatkowo spotęgować, jeśli silnik używa nowego materiału, dla którego nie ma jeszcze skutecznej metody produkcji. Tak było w przypadku całej produkcji SR-71 Blackbird, która musiała dowiedzieć się, jak pracować z tytanem, zanim cokolwiek zbuduje. Nawet po wyprodukowaniu części na zamówienie dla nowego silnika, firma będzie musiała dowiedzieć się, jak wyprodukować części w wystarczającej ilości, aby wyprodukować silniki na rynek.

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

Nie, ale FAA może wymagać różnych demonstracji, w których niszczą silnik i można założyć się, 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 paliwem odrzutowym, które kosztuje.

Inną rzeczą jest oprogramowanie komputerowe , co 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 płynne oprogramowanie dynamiczne, które może pomóc w zaprojektowaniu czegoś znacznie łatwiejszego i szybszego niż wcześniej.

Przyspiesza niektóre rzeczy, takie jak FEM, i z pewnością ułatwia skomplikowane routing, ale jak dobry klucz, oprogramowanie CAD jest narzędziem , które przyspiesza i ułatwia pracę . To nie działa za Ciebie.

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 została ostatnio dotknięta opóźnieniami ze strony producentów silników. Jest to trudna równowaga do zaprojektowania, gdy masz harmonogram i budżet.

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 pracował przez tysiące godzin przy minimalnej konserwacji przy minimalnym zużyciu paliwa jak to możliwe i nikogo nie skrzywdzić. Każda nowa generacja silników była bardziej wydajna niż poprzednia, a te ulepszenia nie są dostępne za darmo.

Jeśli chodzi tylko o zaprojektowanie silnika odrzutowego, to surowce nie mogą być nawet głównym czynnikiem 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.

Załóżmy, że masz nowy materiał lub proces, którego chcesz użyć. Samo opracowanie jednego z nich może zająć co najmniej setki tysięcy dolarów, a nowy silnik może zawierać wiele z nich. Nawet w przypadku taniego surowca ilość pracy potrzebnej do stworzenia artykułów testowych, konfiguracji testów, ich uruchomienia i udokumentowania wyników rośnie bardzo szybko. Chcesz mieć pewność, że rozumiesz, jak będzie działać nowy materiał lub proces, zanim przejdziesz dalej. Jeśli coś pójdzie nie tak, stworzysz duże problemy dla swoich klientów (producentów samolotów i ich klientów).

Ile prototypów możesz zrobić ewentualnie potrzebujesz? Mam nadzieję, że to nie wszystko metoda prób i błędów.

„Próba i błąd” jest czasami nazywana „nauką” i jest tym, czego potrzebujesz, aby opracować nowe technologie. Oczywiście w miarę postępu testów i wzrostu ryzyka chciałbyś, aby część „błędu” nadal malała. Ale część próbna jest bardzo ważna dla zrozumienia, jak rzeczy będą działać (lub nie). Oznacza to nie tylko prototypy w pełnej skali (które przejdą przez kilka iteracji projektowych, a nawet certyfikację samolotu), ale także podsystemy i komponenty. Musisz wykonać wystarczająco dużo 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 zmniejszyły liczbę testów fizycznych, które trzeba wykonać. Ale tak czy inaczej, będzie Cię to kosztować.

W przypadku produktów takich jak silniki odrzutowe lepsze narzędzia nie oznaczają generalnie „jak tanio możemy wykonać ten proces”, ale „o ile więcej wydajności możemy uzyskać za to samo pieniądze. ”

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

Tak. Ludzie lubią latać samolotami z silnikami, które pracują i nie wybuchają. Oznacza to rygorystyczne przepisy i certyfikację. 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
• Temperatura przegrzania
• Pełny zakres roboczy
• Testy systemu i komponentów
• Blokada wirnika
• Całkowite rozłączenie
• Zatrzymanie łopaty / niewyważenie wirnika
• Deszcz, grad i połknięcie ptaków

Niektóre z tych testów będą destrukcyjne, albo z założenia, albo przez przypadek. Niektóre z nich będą wymagały dużo czasu i wysiłku. Tylko papierkowa robota związana ze zrozumieniem wszystkich tych wymagań i udokumentowaniem organom regulacyjnym, że je spotkałeś, może z łatwością zająć sporą część twoich 100 osób.

Może ktoś może wyjaśnić ogólny proces jet projekt silnika w pierwszej kolejności, bo jestem pewien, że to by było pomocne. Tak jak to sobie wyobrażam, po prostu przechodzisz etap po etapie i próbujesz uzyskać właściwy kształt i średnicę każdego ostrza.

Wygląda na to, że masz podstawowy 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 ważne jest, 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 wychłodzeniu. Mogą się dziać dziwne rzeczy, gdy rzeczy rozszerzają się i kurczą pod wpływem temperatury.

Jeśli spojrzysz na prostą analizę tego, jak zmienia się ciśnienie i temperatura w silniku odrzutowym, prawdopodobnie wiele osób macha rękami wokół etapu zwanego „komorą spalania”, w którym w magiczny sposób uzyskujesz wzrost w temperaturze. Proces spalania paliwa w ekstremalnych warunkach silnika odrzutowego jest niezwykle złożony. Powietrze pędzące z przodu musi zostać ściśnięte, a następnie spowolnione na tyle, aby nie ugasić 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 i energia pneumatyczna jest pobierana do układu upustowego samolotu. Silnik musi być w stanie sprostać różnym 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 muszą zrozumieć temperaturę, aerodynamikę i naprężenia obrotowe każdej części, w całym zakresie roboczym silnika oraz ich wpływ na pozostałą część silnika.

Nie wystarczy mieć coś, co 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 podanym przez ciebie przykładzie Pratt & Whitney, ich rozwiązaniem była skrzynia biegów, która pozwalała im obracać się z różnymi prędkościami. To było bardzo trudne wyzwanie, które zajęło im dziesięciolecia, zanim w końcu dostali produkt końcowy.

Cała ta złożoność musi być zarządzana przez oprogramowanie, które monitoruje szereg czujników w całym silnik i stale dostosowuje wiele parametrów, aby utrzymać stabilną i wydajną pracę. To oprogramowanie musi działać na komputerach, które będą działać w szerokim zakresie temperatur i w ciągłych wibracjach.

Należy również pamiętać, jak wszystkie te tysiące części zostaną wyprodukowane, a następnie zmontowane i następnie utrzymywane 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.

Ostatnio sprawdzałem, większość naukowców i inżynierów nie zarabia milionerów. Myślę, że to około 100 do 250 tysięcy szczytów. Nawet jeśli 100 z nich pracuje nad tym przez 10 lat, byłoby to 250 milionów, czyli ćwierć miliarda dolarów.

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

Możesz opracować podstawowy eksperymentalny silnik odrzutowy z udziałem 100 inżynierów i naukowców. Rzecz w tym, że z takim zespołem nie można zaprojektować i zbudować seryjnie produkowanego silnika turbowentylatorowego.
Z 1000 można. Ale linie lotnicze i władze chcą, aby był niezawodny, a nie można zbudować niezawodnego wysokoprzepustowego turbofanu z zaledwie 1000. To wymaga tysięcy, ponieważ wszystko musi zostać zweryfikowane i dwukrotnie sprawdzone.

Budowa konkurencyjnego silnika samolotu pasażerskiego jest jeszcze trudniejsza. Dziś byłoby to prawie realistyczne z 10 000 pracownikami, ale wciąż jest to wyczyn. Praca to nie tylko projektowanie części silnika, większość ciężkiej pracy to wypróbowanie setek materiałów w R&D, projektowanie maszyn, rozwój technologii, QM i QC. Wszystko, co przyczynia się do produkcji dobrych silników, a następnie ich wydajnej produkcji.

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

Nie wszyscy z nich to inżynierowie i naukowcy, ale ponad połowa personelu w takich branżach zaawansowanych technologii zajmuje się badaniami, projektowaniem, inżynierią, zarządzaniem i innymi pracami, które mają wpływ na koszty projektowania.

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, 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 możesz po prostu skopiować i wkleić z rysunków projektowych do programów CNC. Nie można też kopiować i wklejać z tych programów do programów pomiarowych w celu kontroli jakości. Bazy pomiarowe są różne, więc tolerancje są różne, to inny poziom szczegółowości. Zrób ten błąd tylko raz. za niewielką i niezbyt krytyczną część, a konsekwencje mogą być zauważalne.

Wszystkie odpowiedzi są bardzo dobre, ponieważ szczegółowo opisują potencjalne koszty, ale pozwólcie, że podam inny punkt widzenia, aby spojrzeć na tego typu pytania. W wysoce konkurencyjnym środowisku firmy przeznaczą na problem tyle pieniędzy, ile warto, aby go rozwiązały. Mówiąc ekonomicznie: „koszt krańcowy równa się zysk krańcowy”.

Projektując nowy silnik, zaczynamy od wszystkich zmian, które dają dużą poprawę osiągów przy niskim koszcie. Z biegiem czasu te „trywialne” zmiany są badane i jeśli istnieje wystarczający „zysk” z ciągłego ataku na problem, zaatakowane zostaną bardziej skomplikowane zmiany z mniejszymi oczekiwanymi korzyściami.

Zastanów się teraz, jak wysoko zysk z ulepszenia silnika jest następujący: Ile paliwa oszczędza się w ciągu wielu tysięcy godzin? Jaka jest oczekiwana przyszła wartość rynkowa tego paliwa w świecie o rosnącym niedoborze i oczekiwanym 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 ona warta 3 miliardy dolarów. Ten prosty przykład pokazuje, że wartość krańcowa R&D może bardzo szybko wzrosnąć bardzo szybko, a firmy są w związku z tym skłonne przeznaczyć dużo pieniędzy na te problemy.

Oprócz innych doskonałych odpowiedzi, chciałbym skupić się na naturze badań.

Prace związane z opracowywaniem i badaniem pomysłów, które nie są możliwe tylko do rozwiązania za pomocą modeli komputerowych, są huge”.

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

Typowy przykład betonu nr 1

Załóżmy, że wierzymy, że łopatka wentylatora może być wzmocniona, jeśli zostanie odlana w taki sposób, że rośnie bez pewnych krystalicznych wad lub z pewną strukturą krystaliczną, która teoretycznie powinna być możliwa. Nazwij to „formą delta krystaliczną matrycą tytanowo-węglową” lub w skrócie „delta-TCCM”. Pozwoliłoby to na stosowanie ostrzy o 1,7% cieńszych i lżejszych, bez utraty wytrzymałości lub bezpieczeństwa, lub ostrzy, które mogą pracować 1,5% szybciej bez zwiększania naprężenia. Jeśli jest poprawny, może to być poważna sprawa w ramach następnej generacji obecnego silnika.

Problem w tym, że jest to tak daleko, jak zabierze Cię model. Teraz musisz rzetelnie to osiągnąć jako problem nauk o materiałach. Musisz

• Zaprojektować proces niezawodny rozwój delta-TCCM w laboratorium, co może być dużym wyzwaniem. Być może będziesz musiał zbadać wiele technik, rozważyć sposób ich skalowania, ich podatność 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 lata, być może będziesz musiał rzucić 600 osób tylko na badanie delta-TCCM, aby przekształcić je z koncepcji w materiał użyteczny o zweryfikowanych właściwościach.

• Właściwości te mogą być tylko w pewnym stopniu przewidywalne na podstawie teorii. W celu rozwiązania problemów 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 zwiększyć skalę od laboratorium do skali przemysłowej. To znaczy stworzyć wystarczającą ilość, aby potwierdzić właściwości i ostatecznie zbudować ostrza. To też nie jest trywialne. Przemysł jest zaśmiecony rzeczami, które są łatwe do stworzenia w niewielkich 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 łopatek wentylatora o długości 1,5 m bez wykrywalnych wad struktury krystalicznej / atomowej jest dokładnie tak trudne, jak się wydaje w wielu przypadkach.

• Musisz przetestować i ocenić dziesięć tysięcy próbek na tysiące sposobów - oddzielnie 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 ulegnie awarii , a wada zostanie spowodowana fundamentalnym problemem z materiałem, cała Twoja reputacja i asortyment produktów są zagrożone, a za każdy sprzedany do tej pory do tej pory będzie należny zwrot pieniędzy. spór. W najgorszym przypadku cała Twoja firma warta 500 miliardów dolarów może być zagrożona.

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

• Łopatki wentylatora są zwykle wykonane z połączenia różnych materiałów. Na przykład w GE-9X, obecnie największym wyprodukowanym silniku turbowentylatorowym, zastosowano kompozyt z włókna węglowego ze stalowymi krawędziami natarcia i tylnymi krawędziami z włókna szklanego w celu ochrony przed zderzeniami ptaków. Samo wykonanie i kształtowanie delta-TCCM nie wystarczy, wymaga również technik, które niezawodnie pozwolą mu być częścią kompozytowej łopatki, wystarczająco szczelnie, aby zachować jednolitą strukturę pod wszystkimi naprężeniami, cyklami ogrzewania / chłodzenia oraz wibracjami, które są częścią życia łopatek odrzutowych. Jeśli komponenty nie poruszają się, nie kurczą i nie rozszerzają razem, ostrze może w końcu osłabnąć.

• Jeśli to zadziała, może być konieczne zbudowanie całego łańcucha narzędzi po prostu dla delta-TCCM. Narzędzia do obróbki skrawaniem, narzędzia produkcyjne, odlewy ostrzy (być może są odlewane destrukcyjnie i potrzebujesz nowej formy do każdej części), specjalistyczne spawanie laserowe lub inne, opracowanie powłok delta-TCCM i klejów zdolnych do przetrwania w środowisku silnika, które są wszystkie własne, niezależne projekty. Prace.

A to tylko projekt komercjalizacji delta-TCCM. 20-50 milionów dolarów łatwo, z góry (całkowita domysł z mojej strony, ale daje pomysł). Możesz mieć 50 lub 200 takich projektów w toku i inne, które pojawią się w Twoim przepływie R&D, wszystkie związane z koncepcjami, które zamierzasz zbadać dla swojej nowej generacji silników - a wszystkie ich koszty muszą zostać odzyskane poprzez sprzedaż silnika kiedy w końcu zostanie ukończony.

Konkretny przykład 2:

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

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

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. posuwa do przodu stan techniki. Nie chodzi tylko o nowy projekt silnika, musisz opracować nowe materiały, nowe metody konstrukcyjne itp. Następnie musisz udowodnić, że te nowe rozwiązania są bezpieczne w użyciu. Tutaj idą koszty: badania naukowe (które zawsze niosą ze sobą ryzyko, że nowy pomysł nie zadziała tak dobrze, 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 w to zaangażowanych dużo drogiego zestawu. Dodałbym jeszcze trzy punkty:

• Istnieje ryzyko, które należy wycenić. To nie tak jak w przemyśle farmaceutycznym, ale nie wszystkie silniki sprzedają się równie dobrze, więc musisz zarządzaj 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 wynikających z tych programów, np .: sonda z wyzwalaczem dotykowym)

• Tylko po to, aby zilustrować znaczenie materiałów i kosztów produkcji te silniki byłyby tańsze, gdyby były wykonane z litego złota.

Tak się składa, że ​​znam gościa, który projektuje profil wentylatora dla jednego z dużych producentów. Jest tylko naukowcem, który przyczynia się do tego projektu i jest to jedyny problem, nad którym pracuje. Wymagało to jednak opracowania nowego oprogramowania do obliczania przepływu.

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

Powody są takie same, jak w przypadku tworzenia złożonego oprogramowania. Istnieją tylko stopniowe różnice.

Pytanie można postrzegać jako „Dlaczego tworzenie złożonych systemów wysokiej jakości kosztuje zaskakująco dużo?”

Głównym problemem jest złożoność. Projektowanie istniejących silników odrzutowych jest złożone i wiemy, że projektowanie alternatywy jest procesem bardziej złożonym. To samo, jeśli chodzi o faktyczne budowanie jednego w serii.

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

Aby to zrobić,

potrzebujemy do tego 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:

Potrzebujemy aby stworzyć jeden lub więcej prototypów bez ograniczania kosztów.

Musimy stworzyć kompletny zestaw narzędzi do tworzenia wielu instancji artefaktu.

Musimy także stworzyć narzędzia do testowania artefakt.

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

Musimy zmusić zewnętrzną organizację do przetestowania specyfikacji projektu na podstawie certyfikacji reguł.

Musimy stworzyć zewnętrzną organizację testującą instancje w oparciu o reguły certyfikacji.

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

Zauważ, że wszystko to jest niezależne od złożoności tego, co chcemy stworzyć. 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 samo w sobie nieco skomplikowanych. 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 na podstawie planu określającego 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 tutaj całego wysiłku.

Istniejące odpowiedzi świetnie sprawdzają się, wyjaśniając, dlaczego opracowanie silników odrzutowych jest drogie: ponieważ są one tak skomplikowane. Spróbuję odpowiedzieć, dlaczego silniki odrzutowe są tak skomplikowane? Aby to zrozumieć, musimy zbadać ekonomikę silników odrzutowych i sprowadzić się do oszczędności paliwa.

Załóżmy, że robisz zakupy nowego samochodu, a jeden samochód ma o 1% lepszy przebieg paliwa niż inny. Może 30 mpg i 30,3 mpg. Można powiedzieć, że są tak blisko, że nie ma to większego znaczenia. Równie dobrze może być identyczny i zaczynasz patrzeć, który z nich ma lepszy system dźwiękowy lub najbardziej stylowe siedzenia. 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 ma o 1% mniej paliwa, będzie to kosztować linię lotniczą ~ 450 milionów dolarów w ciągu 30 lat. To za jeden procent różnicy w zużyciu paliwa.

Teraz są inne rzeczy, które mogą to nadrobić, takie jak cena zakupu silnika, koszt serwisu i części zamiennych itp. Tak więc silnik odrzutowy, który jest o 1% gorszy pod względem zużycia paliwa, może nadal być ogólnie konkurencyjny, jeśli nadrabia go w innych obszarach. Ale powyżej kilku procent różnica jest tak duża, że ​​nie można ich nawet zdradzić.

Tak więc kończy się intensywna rywalizacja „wyścigu zbrojeń” pomiędzy głównymi producentami silników odrzutowych. Jedna 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. Trwa to rok po roku, model po modelu silnika, i zanim się zorientujesz, to, co zaczęło się jako dość prosta maszyna, było niezwykle skomplikowane, a przez to drogie w wykonaniu.

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

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