Почему разработка новых реактивных двигателей стоит миллиарды долларов?

Даже если мы проигнорируем зарплаты всех участников; инженеры, продавцы, руководство, группы вопросов и ответов, производственные группы, еще несколько продавцов, а затем несколько запасных инженеров...

Я не понимаю. Если это просто проектирование реактивного двигателя, то сырье не может быть основным фактором, даже если это что-то вроде титана или композитов.

Хотя само по себе сырье не обязательно дорого, материалы, а также обработка и обработка могут быть довольно дорогостоящими. Это может еще больше усугубиться, если в двигателе используется какой-то новый материал, для которого еще не существует эффективного метода производства. Так было со всем производством SR-71 Blackbird , когда нужно было выяснить, как работать с титаном, прежде чем что-либо строить . Даже после того, как детали для нового двигателя будут изготовлены на заказ, компании нужно будет выяснить, как производить детали в достаточном количестве, чтобы производить двигатели для рынка.

Сколько прототипов вам может понадобиться? Я имею в виду, я надеюсь, что это не все методом проб и ошибок.

Это не так, но FAA может потребовать различных демонстраций, на которых они разрушают двигатель , и вы можете поспорить, что производитель собирается попробовать это, прежде чем запускать какие-либо официальные тесты. После прохождения первоначальных испытаний летающие прототипы необходимо будет построить и испытать на реальных планерах, которые стоят денег, используя реактивное топливо, которое стоит денег.

Другое дело — компьютерное программное обеспечение, которое, как я думал, упростит и удешевит проектирование. Конечно, вы не можете просто ввести желаемую тягу и нажать кнопку, но, безусловно, существует приличное программное обеспечение для гидродинамики, которое может помочь вам спроектировать что-то намного проще и быстрее, чем раньше.

Он делает некоторые вещи быстрее, например FEM , и, безусловно, упрощает сложную трассировку, но, как хороший гаечный ключ, программное обеспечение САПР — это инструмент , который делает вещи быстрее и проще. Это не делает работу за вас.

Реактивные двигатели — одни из самых сложных когда-либо созданных машин. Они должны быть максимально легкими, эффективными, безопасными и надежными. Есть причина, по которой большинство новых авиалайнеров в последнее время пострадали от задержек со стороны производителей двигателей. Это сложный баланс для разработки, когда у вас есть график и бюджет.

Реактивные двигатели, безусловно, могут быть дешевле в разработке и покупке. Вы можете получить их по относительно "доступным" ценам для самолетов с дистанционным управлением. Но стоимость, безусловно, увеличивается с масштабом, и владелец самолета ожидает, что двигатель будет работать тысячи часов с минимальным обслуживанием, сжигая как можно меньше топлива и никому не причиняя вреда. Каждое новое поколение двигателей было более эффективным, чем предыдущее, и эти улучшения не даются бесплатно.

Если это просто проектирование реактивного двигателя, то сырье не может быть основным фактором, даже если это что-то вроде титана или композитов.

Дело не только в сырье, но и в обработке. Современные двигатели доводят материалы до предела своих возможностей и даже больше. Должны быть разработаны передовые технологии производства.

Допустим, у вас есть новый материал или процесс, который вы хотите использовать. Только на его разработку может уйти не менее сотни тысяч долларов, а новый движок может включать в себя многие из них. Даже для дешевого сырья количество труда, необходимого для создания тестовых статей, настройки тестов, их запуска и документирования результатов, растет очень быстро. Вы хотите быть уверены, что понимаете, как будет работать новый материал или процесс, прежде чем двигаться дальше. Если что-то пойдет не так , вы создадите большие проблемы для своих клиентов (производителей самолетов и их клиентов).

Сколько прототипов вам может понадобиться? Я имею в виду, я надеюсь, что это не все методом проб и ошибок.

«Метод проб и ошибок» иногда также называют «наукой», что необходимо для разработки новых технологий. Очевидно, что по мере продвижения тестирования и увеличения рисков вы хотите, чтобы часть «ошибки» продолжала уменьшаться. Но пробная часть очень важна для понимания того, как все будет работать (или не работать). Это означает не только полномасштабные прототипы (которые пройдут через несколько итераций проектирования, вплоть до сертификации самолета), но также подсистемы и компоненты. И вам нужно провести достаточно тестов, чтобы иметь статистическую уверенность в том, что результаты могут быть надежно воспроизведены.

Другое дело — компьютерное программное обеспечение, которое, как я думал, упростит и удешевит проектирование.

Это, безусловно, верно, и эти технологии уменьшили объем физических испытаний, которые необходимо выполнить. Но в любом случае это будет стоить вам денег.

Для таких продуктов, как реактивные двигатели, более совершенные инструменты обычно означают не «насколько дешево мы можем сделать этот процесс», а «насколько большую производительность мы можем получить за те же деньги».

Так что же делает его таким дорогим? Есть ли какой-то супер-дорогой процесс сертификации?

Да. Людям нравится летать на самолетах с двигателями, которые продолжают работать и не взрываются. Это означает строгие правила и сертификацию. Для FAA 14 CFR Part 33 охватывает сертификационные требования для реактивных двигателей, чтобы попытаться сделать отказы как можно более редкими. Вот лишь некоторые из тестов, требуемых правилами:

• Вибрация
• перегрузка
• Калибровка
• Выносливость
• Перегретый
• Полный рабочий диапазон
• Системные и компонентные тесты
• Блокировка ротора
• Полный демонтаж
• Сдерживание лопастей/дисбаланс ротора
• Дождь, град и попадание птиц

Некоторые из этих тестов будут разрушительными либо намеренно, либо случайно. Некоторые из них потребуют много времени и усилий. Только бумажная работа, связанная с пониманием всех этих требований и документированием для регулирующих органов того, что вы их выполнили, может легко занять добрую часть ваших 100 человек.

Может быть, кто-то может объяснить общий процесс проектирования реактивного двигателя, потому что я уверен, что это было бы полезно. Как я себе это представляю, вы просто проходите этап за этапом и пытаетесь получить правильную форму и диаметр каждого лезвия.

Похоже, у вас есть основная идея. Но инженерия — это дьявол в деталях.

Во-первых, современные двигатели могут иметь 20 и более ступеней, прикрепленных к 2 или 3 отдельным золотникам. Инженеры должны определить оптимальное количество ступеней и золотников для конструкции двигателя. Это означает, что при анализе множества различных конфигураций сложность имеет тенденцию к экспоненциальному увеличению, поскольку каждый этап влияет на остальную часть системы.

Да, процесс относительно прост, если вам даны статические условия для анализа. Конечно, важно оптимизировать расход топлива в крейсерском режиме. Но двигатель по-прежнему должен работать в огромном диапазоне условий. Тогда есть динамические условия ускорения и замедления. Двигатель должен запускаться и работать стабильно как при боковом, так и при попутном ветре. Он должен иметь возможность запускаться на земле или в воздухе после сильного холода. Странные вещи могут происходить, когда объекты расширяются и сжимаются в зависимости от температуры.

Если вы смотрите на простой анализ того, как давление и температура изменяются в реактивном двигателе, вероятно, многие махают руками по поводу стадии, называемой «камерой сгорания», где вы волшебным образом получаете повышение температуры. Процесс сжигания топлива в экстремальных условиях работы реактивного двигателя чрезвычайно сложен. Воздух, устремляющийся впереди, должен быть сжат, а затем достаточно замедлен, чтобы не погасить пламя. Пламя должно удерживаться в камере сгорания на протяжении всей работы и не перегревать расположенные за ней ступени турбины.

Более высокие температуры и давления обеспечивают лучшую эффективность, но материалы работают на пределе своих возможностей. Новые суперсплавы и технологии производства должны быть усовершенствованы для создания материалов, способных выдерживать экстремальные температуры при вращении со скоростью в тысячи оборотов в минуту. Они должны сделать небольшие отверстия и проходы в лопастях, чтобы вытеснить охлаждающий воздух, который покрывает поверхность лопасти, чтобы он не контактировал напрямую с чрезвычайно горячим воздухом в турбине.

Затем у вас также есть механическая энергия, извлекаемая генератором, и пневматическая энергия, извлекаемая для системы отбора воздуха самолета. Двигатель должен быть в состоянии справиться с различными требованиями этих систем.

Существует также проблема, связанная с вращением различных катушек и тысячами оборотов в минуту, которые не вызывают слишком много тепла от трения или преждевременного износа. Инженерам необходимо понимать температуру, аэродинамику и вращательную нагрузку на каждую часть во всем рабочем диапазоне двигателя, а также то, как это влияет на остальную часть двигателя.

И этого недостаточно, чтобы получить что-то, что работает. Кто-то всегда будет задавать вопрос: «Как мы можем сделать это более эффективным?» Современные двигатели прибегают к множеству различных уловок, чтобы выжать максимум из возможной эффективности. Воздух сбрасывается, а лопасти можно отрегулировать для обеспечения стабильной работы двигателя в любых условиях эксплуатации. Разрабатываются новые концепции и технологии. У современных турбовентиляторных двигателей есть проблема с турбиной низкого давления сзади, которая должна вращаться как можно быстрее, чтобы быть эффективной, соединенной с вентилятором спереди, который должен вращаться намного медленнее, чтобы быть эффективным. В приведенном вами примере Pratt & Whitney их решением была коробка передач, позволяющая им вращаться с разной скоростью. Это была очень сложная задача, и им потребовались десятилетия, чтобы, наконец, получить конечный продукт.

Вся эта сложность должна управляться программным обеспечением, которое отслеживает множество датчиков по всему двигателю и постоянно регулирует многие параметры для поддержания стабильной и эффективной работы. Это программное обеспечение должно работать на компьютерах, которые будут работать в широком диапазоне температур и при постоянной вибрации.

Вы также должны иметь в виду, как все эти тысячи деталей будут производиться, а затем собираться, а затем обслуживаться в течение всего срока службы двигателя. Вам нужны люди, планирующие, чтобы гарантировать, что механик будет иметь доступ к нужным компонентам с необходимыми им инструментами, и какие процессы должны соблюдаться для сборки и разборки различных частей.

Кроме того, существуют побочные эффекты, такие как шум и загрязнение. Инженерам будет поручено понять, как они генерируются и как их можно уменьшить до приемлемого уровня с минимальными затратами.

Это всего лишь обзор многих областей, связанных с проектированием реактивного двигателя. Их, безусловно, больше, и каждая деталь здесь может легко потребовать, чтобы над ней работала специализированная команда.

Насколько я проверял, большинство ученых и инженеров не зарабатывают миллионные зарплаты. Я думаю, что это где-то от 100 до 250 тысяч. Даже если бы 100 из них работали над этим в течение 10 лет, это было бы 250 миллионов или четверть миллиарда долларов.

Заработная плата в аэрокосмической отрасли составляет в среднем менее 100 тысяч, это не ИТ, но проблема не в них.

Вы можете разработать базовый экспериментальный реактивный двигатель с помощью 100 инженеров и ученых. Дело в том, что с такой командой нельзя спроектировать и построить серийный ТРДД.
Можно с 1000р. Но авиакомпании и власти хотят, чтобы он был надежным, а надежный ТРДД с большим байпасом невозможно построить, имея всего 1000 двигателей. На это уходят тысячи из-за того, как тщательно все должно быть проверено и перепроверено.

Создать конкурентоспособный двигатель для авиалайнера еще сложнее. Сегодня это было бы реалистично с 10 000 сотрудников, но все же это подвиг. Работа заключается не только в разработке деталей двигателя, большая часть тяжелой работы заключается в испытании сотен материалов в области исследований и разработок, проектирования машин, разработки технологий, QM и разработки QC. Все то, что способствует производству хороших двигателей, а затем их эффективному производству.

Saturn, один из самых мелких производителей реактивных двигателей на сегодняшний день, имеет около 23 000 сотрудников.
Pratt&Whitney, самая маленькая из большой тройки на Западе, насчитывает около 40 000 человек.
В компании Rolls-Royce, производящей в основном авиакосмические двигатели (автомобильная марка давно распродана), работает около 50 000 сотрудников.
Также ~ 50 000 для GE Aviation и еще 200 000 для General Electric в целом.

Не все из них инженеры и ученые, но более половины персонала в таких высокотехнологичных отраслях занимается исследованиями, проектированием, проектированием, управлением и другими работами, которые влияют на стоимость проектирования.

Фактическая группа разработчиков современного реактивного двигателя будет состоять из менее 1000 человек. Но это только люди, выполняющие высокоуровневую работу, блок-схемы, расчеты МКЭ, расчетные модели.
Они будут полагаться на тысячи людей, которые снабжают их данными. На основе их моделей тысячи других будут производить подробные чертежи и программы ЧПУ для каждой отдельной детали. Затем для каждой отдельной части должна быть разработана отдельная программа контроля качества.

Вы не можете просто копировать и вставлять чертежи в программы ЧПУ. Вы также не можете копировать и вставлять их в программы измерительных машин для контроля качества. Базы измерений разные, поэтому и допуски разные, это разный уровень детализации. Сделайте эту ошибку только один раз. за малюсенькую и не особо критическую деталь, а последствия могут быть заметны .

Все ответы очень хороши тем, что подробно описывают потенциальные затраты, но позвольте мне взглянуть на эти вопросы под другим углом. В высококонкурентной среде компании будут тратить столько денег на решение проблемы, сколько стоит их решение. Говоря экономическим языком: «предельные издержки равны предельной прибыли».

При проектировании нового двигателя начинают со всех изменений, которые обеспечивают значительное улучшение характеристик при низких затратах. Со временем эти «тривиальные» изменения изучаются, и, если есть достаточная «выгода» от непрерывной атаки на проблему, будут атакованы более сложные изменения с меньшими ожидаемыми выгодами.

Теперь подумайте о том, насколько велика выгода от улучшения двигателя: сколько топлива экономится за многие тысячи часов? Какова ожидаемая будущая рыночная стоимость этого топлива в мире с растущим дефицитом и ожидаемым налогообложением CO2?

А теперь представьте, что вы будете внедрять этот новый двигатель не в один самолет, а в большой парк из сотен, а может быть, и тысяч самолетов? Любое улучшение двигателя, которое вы делаете, имеет такую ​​большую рыночную стоимость. Наконец, учтите, что многие усовершенствования двигателей следующего поколения могут быть перенесены в более новые разработки позже, что называется «стоять на плече гигантов».

В качестве примера возьмем двигатель стоимостью около 30 миллионов долларов США. Улучшение производительности, увеличивающее стоимость каждого двигателя всего на 1%, будет стоить 300 миллионов долларов США, если этот двигатель будет продан 1000 раз. Если это улучшение производительности можно будет повторно использовать в следующих 10 поколениях двигателей, оно будет стоить 3 миллиарда долларов. Этот простой пример показывает, что предельная стоимость НИОКР может очень быстро вырасти, и поэтому компании готовы вкладывать большие деньги в решение этих проблем.

В дополнение к другим превосходным ответам я хотел бы сосредоточиться на характере исследования.

Работа, связанная с разработкой и исследованием идей, которые невозможно просто реализовать с помощью компьютерных моделей, огромна .

Как отмечают другие ответы, реактивные двигатели развиваются на переднем крае теории и новых идей, а также продвигают существующие.

Бетонный типовой пример №1

Предположим, мы полагаем, что лопасть вентилятора можно сделать прочнее, если она будет отлита таким образом, что будет расти без определенных кристаллических дефектов или с определенной кристаллической структурой, что теоретически должно быть возможно. Назовите это «кристаллическая матрица титан-углерод дельта-формы» или для краткости «дельта-TCCM». Это позволило бы сделать лезвия на 1,7% тоньше и легче без потери прочности или безопасности, или лезвия, которые могут работать на 1,5% быстрее без увеличения нагрузки. Если это так, это может иметь большое значение как часть следующего поколения текущего двигателя.

Проблема в том, что это то, на что способна модель. Теперь вам нужно на самом деле надежно решить проблему материаловедения. Вам нужно

• Разработайте процесс надежной разработки дельта-TCCM в лаборатории, что может оказаться сложной задачей. Возможно, вам придется изучить несколько методов, рассмотреть, как они масштабируются, их восприимчивость к недостаткам и рискам. Условия для надежного производства дельта-TCCM с низким уровнем дефектов могут быть очень точными, и их трудно поддерживать в течение требуемого времени. Это может быть огромной проблемой, далеко не тривиальной. Если вы не хотите, чтобы это заняло годы, вам, возможно, придется привлечь 600 человек только к исследованию дельта-TCCM, чтобы превратить его из концепции в пригодный для использования материал с проверенными свойствами.

• Свойства могут быть только в некоторой степени предсказуемы теорией. Возможно, вам придется добавить следовые количества или крошечные изменения процесса, чтобы решить проблемы. Каждый из них сам по себе является мини-проектом.

• Материалу может быть трудно придать форму после того, как он сформирован, поэтому вам, возможно, придется вернуться в свою лабораторию, чтобы не только разработать оборудование для его надежного изготовления, но и надежно создать ему форму . Идеальная форма.

• Вам необходимо перейти от лабораторных к промышленным масштабам. То есть создать достаточное количество для подтверждения свойств и, в конечном итоге, для создания лезвий. Это тоже далеко не тривиально. Промышленность завалена вещами, которые легко создавать в крошечных количествах для исследований, но невероятно сложно производить в больших масштабах в тех же условиях. Надежный переход от образцов размером 2 мм ² без обнаруживаемых дефектов кристаллической/атомарной структуры к изогнутым 1,5-метровым лопастям вентилятора без обнаруживаемых дефектов кристаллической/атомарной структуры во многих случаях является именно таким трудным, как кажется.

• Вам нужно протестировать и оценить десять тысяч образцов тысячей способов — изолированно и в тысячах сценариев в движке. Это очень интенсивный процесс. Какова его атомарная структура, как он дает сбой (каковы его режимы отказа и безопасные пределы), как его атомная структура реагирует на сотни тысяч комбинаций/видов/моделей стрессоров, как краткосрочных, так и долгосрочных - получение достаточного понимания фактические свойства, чтобы иметь возможность полагаться на них для обеспечения безопасности реактивных самолетов. Возможно, вернитесь к основам, если что-то не так, как нужно. Ведь если хоть один двигатель выйдет из строяи недостаток связан с фундаментальной проблемой с материалом, вся ваша репутация и ассортимент продукции находятся под угрозой, и за все проданные до сих пор средства будут возмещены средства, а также судебный процесс. Весь ваш 500-миллиардный бизнес может оказаться под угрозой, в этом смысле, в худшем случае.

• Вы также можете построить 2 или 3 полных прототипа производственных предприятий (фабрик) в разных местах только для дельта-TCCM, чтобы подтвердить, что вы действительно можете надежно воспроизвести контроль качества дельта-TCCM с течением времени и в разных учреждениях / источниках.

• Лопасти вентилятора обычно изготавливаются из комбинации различных материалов. Например, GE-9X, в настоящее время самый большой турбовентиляторный двигатель, использует композит из углеродного волокна со стальными передними кромками и задними кромками из стекловолокна для защиты от столкновения с птицами. Недостаточно просто изготовить и придать форму дельта-TCCM, для этого нужны также технологии, которые надежно позволят ему стать частью композитной лопатки, достаточно плотно, чтобы сохранить свою единую структуру при всех нагрузках, циклах нагрева/охлаждения и вибрациях, которые являются частью срока службы реактивных лопастей. Если компоненты не двигаются, не сжимаются и не расширяются вместе, лезвие может в конечном итоге ослабнуть.

• Если это сработает, вам может понадобиться создать целую цепочку инструментов только для delta-TCCM. Обрабатывающие инструменты, производственные инструменты, отливки лопаток (возможно, они отлиты методом деструктивного литья, и вам нужна новая форма для каждой детали), специализированная лазерная или другая сварка, разработка дельта-TCCM-покрытий и клеев, способных выдерживать воздействие окружающей среды двигателя, которые все их собственные независимые проекты. Работы.

И это только проект по коммерциализации дельта-TCCM. 20-50 миллионов долларов легко, сверху (полное предположение с моей стороны, но дает представление). У вас может быть 50 или 200 таких проектов в стадии разработки и другие, которые появятся в вашем потоке исследований и разработок, все они связаны с концепциями, которые вы собираетесь исследовать для своего нового поколения двигателей, и все их затраты должны быть возмещены за счет продажи двигателя. когда наконец завершится.

Конкретный пример 2:

Космический шаттл должен был противостоять сильному нагреву при входе в атмосферу. Гораздо больше тепла, чем может выдержать любой материал. Достигнутая идея была проста: абляция. Покрытие скорее сгорит, чем расплавится, постепенно обнажая нижние слои, но не разрушаясь в целом.

Создание материала стоило больших усилий. Не было особой теории таких вещей, была только цель создать такой материал. Огромное исследование. И каждый раз: «Хорошо. Теперь найдите способ сделать то же самое, но на 20% меньше веса».

В дополнение к другим ответам:

Реактивные двигатели не только сложны, но и работают на грани физически возможного. Например, современные реактивные двигатели работают при внутренних температурах, которые могут быть выше температуры плавления используемых металлов.

Когда вы проектируете новый реактивный двигатель, чтобы он имел успех на рынке, он должен быть лучше, чем двигатели, доступные в настоящее время: он должен иметь большую тягу, более низкий уровень шума, более низкий расход топлива, более высокую надежность, более низкий пробег. расходы или их сочетание.

Это означает, что каждый проект сдвигает «грань физически возможного», т. е. продвигает уровень техники. Это не просто новая конструкция двигателя, вы должны разработать новые материалы, новые методы конструкции и т. д. Затем вы должны доказать, что эти ваши новые разработки безопасны в использовании. Вот куда уходят затраты: научные исследования (которые всегда сопряжены с риском того, что ваша новая идея не сработает так, как вы надеялись), разработка новой технологии до уровня, готового для потребителя, и сертификация.

Я думаю, что большинство ответов довольно хорошо учитывают моменты, команды огромны, и в них задействовано много дорогого оборудования. Я бы добавил еще три момента:

• Существует риск, который необходимо учитывать в цене. Это не то, что в фармацевтике, но не все двигатели продаются одинаково хорошо, поэтому вам необходимо управлять затратами для разных двигателей и конструкций.

• Это узкоспециализированные станки, поэтому вместе с новым двигателем разрабатываются новые инструменты, новые методы измерения и новое программное обеспечение. (Существует множество побочных эффектов и вытекающих из этих программ преимуществ, например: сенсорный триггерный зонд )

• Чтобы проиллюстрировать важность материалов и производственных затрат, эти двигатели были бы дешевле, если бы были сделаны из чистого золота.

Я случайно знаю парня, который разрабатывает профиль вентилятора для одного из крупных производителей. Он просто ученый, который вносит свой вклад в этот дизайн, и это единственная проблема, над которой он работает. Но это потребовало разработки нового программного обеспечения для расчета потока.

Проблема принципиально не в реактивных двигателях, а в построении сложных вещей вообще.

Причины те же, что и для создания сложного программного обеспечения. Есть только постепенные различия.

Вопрос можно рассматривать как «Почему создание сложных систем высокого качества стоит удивительно дорого?»

Основная проблема — сложность. Конструкция существующих реактивных двигателей сложна, и мы знаем, что разработка альтернативы — это еще более сложный процесс. То же самое снова для фактического построения одного в серии.

Мы хотим создать сложный артефакт, назовем его «новый реактивный двигатель».

Сделать это,

нам нужен дизайн для него.

В качестве основы нам нужна спецификация проекта.

Чтобы проверить это, нам нужно построить хотя бы один экземпляр.

На практике мы хотим иметь возможность создавать несколько экземпляров по ограниченной цене за экземпляр.

Это означает, что нам также нужно создать несколько других артефактов:

Нам нужно создать один или несколько прототипов без ограничения стоимости.

Нам нужно создать полный набор инструментов для создания нескольких экземпляров артефакта.

Нам также нужно создать инструменты для тестирования артефакта.

Нам нужно протестировать один или несколько прототипов, а также несколько произведенных экземпляров на основе спецификации дизайна.

Нам нужно, чтобы внешняя организация проверила проектную спецификацию на основе правил сертификации.

Нам нужно сделать тестовые экземпляры внешней организации на основе правил сертификации.

Нам необходимо создать документацию, в том числе надежные инструкции для нескольких вариантов обслуживания.

Обратите внимание, что все это не зависит от сложности того, что мы хотим создать. Это даже не зависит от того, строим ли мы физический артефакт, это точно так же применимо для создания его симуляции, создания экземпляров путем интеграции его в симуляцию самолета заказчика.

Многие шаги несколько сложны сами по себе. Когда шаги взаимодействуют, сложность имеет тенденцию умножаться, а не складываться. Например, незначительная ошибка в спецификации дизайна вызывает незначительные изменения в большинстве шагов, и каждый из них требует значительных накладных расходов. Изменение размера одного винта и прочности одного сварного шва требует практически таких же усилий, как изменение только размера винта, поскольку преобладают накладные расходы.

Если мы строим что-то сложное, есть некоторые противоречащие интуиции аспекты с точки зрения сложности. Важным из них является то, что сложность и трудоемкость тестирования очень быстро возрастают с ростом требований к качеству. Отчасти это связано с тем, что мелких ошибок гораздо больше, чем крупных. Это означает, что необходимо обрабатывать гораздо больше одиночных ошибок, что требует большего количества прототипов. Накладные расходы на обработку небольшой ошибки примерно такие же, как и на обработку большой ошибки.

Чтобы проиллюстрировать влияние растущих требований к качеству, подумайте о постройке самолета на основе плана, определяющего форму и размер его частей. Сравните это с дополнительным требованием общей длины с допуском в несколько сантиметров. Теперь вам нужно учитывать вариации соединений компонентов, такие как расстояние от винтов до краев деталей, а также тепловое расширение деталей. Теперь уточните требования, чтобы указать длину с допуском в несколько миллиметров в соответствии с температурной кривой. Теперь некоторые тесты нужно делать несколько раз, предварительно выяснив, сколько раз достаточно. И разница в тепловом расширении разных материалов и деталей от разных поставщиков становится актуальной. Вы поняли. И на всякий случай кажется неуместным заботиться о тепловом расширении: У Lockheed SR-71 Blackbird фактически произошла утечка топлива, когда он был холодным на земле, но не при полете со скоростью 3,2 Маха и температурой корпуса около 300 ° C, исходя из принятых пределов точности. Concorde стал на 17 см длиннее в полете при температуре около 100 °C. Они отлично повеселились при прокладке гидравлических линий.

По сути, добавление отдельных частей гораздо сложнее, чем можно было бы ожидать. Добавление детали к реактивному двигателю предполагает не только стабильность детали, но и стабильность и изменение формы при циклическом нагреве, а также определение приемлемого количества циклов до эксплуатации.

Обратите внимание, что все это, кроме иллюстрации примеров, не имеет никакого отношения к реактивным двигателям, даже если мы хотим построить что-то физическое.

Конкретные элементы конструкции реактивного двигателя можно найти в других ответах, и их оценка сложности может быть использована для получения здесь общих усилий.

Существующие ответы отлично помогают ответить на вопрос, почему разработка реактивных двигателей стоит дорого: потому что они такие сложные. Попробую ответить, почему реактивные двигатели такие сложные? Чтобы понять это, мы должны изучить экономику реактивных двигателей, и она сводится к эффективности использования топлива.

Допустим, вы идете в магазин за новой машиной, и у одной машины расход бензина на 1% меньше, чем у другой. Может быть, 30 миль на галлон и 30,3 миль на галлон. Вы бы сказали, что они настолько близки, что это едва ли имеет значение. С тем же успехом они могут быть идентичными, и вы начинаете смотреть, у кого из них лучше звуковая система или самые стильные сиденья. Но когда авиакомпании покупают новые самолеты, разница в топливной экономичности на 1% ОГРОМНА.

Авиакомпании большие, а реактивное топливо дорогое. Авиакомпания скромных размеров (скажем, размера Jet Blue) будет тратить 1-2 миллиарда долларов в год только на топливо для реактивных двигателей. А когда вы покупаете новый самолет, он обычно прослужит вам 30 лет. Таким образом, за время существования флота авиакомпания тратит на топливо около 45 миллиардов долларов . Если один реактивный двигатель будет на 1% хуже по топливной экономичности, это будет стоить авиакомпании примерно 450 миллионов долларов в течение 30 лет. Это за один процент разницы в эффективности использования топлива.

Теперь есть другие вещи, которые могут компенсировать это, такие как покупная цена двигателя, стоимость обслуживания и запасных частей и т. д. Таким образом, реактивный двигатель, который на 1% хуже по топливной экономичности, может все еще быть конкурентоспособным в целом, если он компенсирует это в других областях. Но за пределами нескольких процентов разница настолько велика, что вы даже не можете их отдать.

Так что в итоге вы получите напряженную конкуренцию в виде «гонки вооружений» между крупными OEM-производителями реактивных двигателей. Одна компания немного усложняет свой двигатель, чтобы хоть немного повысить эффективность использования топлива, а затем все остальные спешат догнать ее. Это продолжается год за годом, модель двигателя за моделью двигателя, и, прежде чем вы это узнаете, то, что началось как довольно простая машина, стало чрезвычайно сложным и, следовательно, дорогим в производстве.

Это только часть ответа, но я не хотел публиковать его в комментарии после того, как модераторы сказали не давать ответы в комментариях:

Посмотрите на бухгалтерскую концепцию «обремененной ставки». Полезно помнить, что вам нужно не просто сотрудничество 100 инженеров. Вам нужно 100 инженеров в здании, которое должно поддерживать свет, отопление и/или кондиционирование воздуха, с уборщиками и помощниками администратора, и всеми другими замечательными людьми, которые поддерживают продуктивность инженеров. Когда вы учитываете все эти другие расходы на бизнес, почасовая ставка, которую должна платить компания (в отличие от того, что получает инженер), будет совершенно другой.