МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.01.034 The process of designing a solid-propellant rocket engine is a complex problem. Usually, it is solved by an iterative method, in which the initial data are gradually refined using experimental studies. With a sufficient statistical database, the problem i...
Saved in:
| Date: | 2026 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
текст 3
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/170 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Technical Mechanics |
Institution
Technical Mechanics| _version_ | 1862133838483816448 |
|---|---|
| author | VASYLIV, S. S. |
| author_facet | VASYLIV, S. S. |
| author_sort | VASYLIV, S. S. |
| baseUrl_str | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-04-10T18:56:46Z |
| description | DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.01.034
The process of designing a solid-propellant rocket engine is a complex problem. Usually, it is solved by an iterative method, in which the initial data are gradually refined using experimental studies. With a sufficient statistical database, the problem is somewhat simplified because use can be made of the results for a similar engine close to that under development. In any case, the design is completed by engine testing. The cost of each stage depends on the complexity of the engine as a whole, but the most expensive stage is always the engine testing. Because of this, in order to minimize resources, rocket engine developers try to reduce the extent of experimental tryout.
In addition to energy characteristics, an important parameter necessary for engine design is the propellant combustion characteristics. The solid rocket propellant burning rate depends on many factors: the propellant type and initial temperature, the combustion chamber pressure, the component particle size, the flight acceleration, the gas speed near the charge surface, etc. Accordingly, these properties are used to regulate the burning rate. Since it is now mathematically very difficult to predict the solid rocket propellant burning rate, various experimental methods are used for these purposes.
The goal of the work is to analyze experimental methods of solid rocket propellant characterization at the research stage.
Research tests are carried out to study working processes occurring in the engine and its systems. Their study is necessary for the development and use of new propellants, radically new design ideas, and advanced materials and technologies. Research test programs are diverse and usually require new test and measurement methods and means. Therefore, this stage of rocket engine development is more often carried out using not standard equipment, but unique experimental installations or models, which allow one to obtain information on the object of research with a certain degree of reliability. The primary objectives of experimental studies at the research stage are to characterize the propellant and its combustion process to a required accuracy. This article overviews the most widely used methods for solid rocket propellant characterization.
REFERENCES
1. Garbinets V. O., Gorbenko G. A., Gumnytsky B. P., Dzhur O. Ye., Kuchma L. D., Pron L. V. Fundamen-tals of Solid-Propellant Rocket Engine Theory and Design. Art-Press, 2005. 200 pp. (In Ukrainian).
2. Rogov N. G., Ishchenko M. A. Mixed Solid Rocket Propellants: Components. Requirements. Proper-ties. St. Petersburg: St. Petersburg State University of Technology, 2005. 195 pp. (In Russian).
3. Suprunenko V. A. Experimental Tryout Organization of Large-Sized Sustainer Solid-Propellant Rocket Engines. Dnipropetrovsk: Yuzhnoye State Design Office, 2000. 38 pp. (In Russian).
4. Gladkov I. M., Ermakov Yu. P., Malkin B. Ya. Mukhamedov V. S., Nalivaiko V. A., Soloukhin A. S. Solid-Propellant Pulse-Type Special-Purpose Engines. Design Fundamentals, Design, and Tryout Experience. Moscow: Central Research Institute of Information, 1990. 116 pp. (In Russian).
5. G. Gupta, L. Jawale, Mehilal, B. Bhattacharyа. Various methods for the determination of the burning rates of solid propellants - An overview. Central European Journal of Energetic Materials. 2015. V. 12. No. 3. Pp. 593-620.
6. Wei W., Yan X., Cui J., Wang R., Zheng Y., Xue C. Ultrasonic signal processing method for dynamic burning rate measurement based on improved wavelet thresholding and extreme value feature fitting. Micromachines. 2025. V. 16. 290. https://doi.org/10.3390/mi16030290
7. Oatman S. A., Caito A. A., Klinger D. J., Cooper J. N., Manship T. D., Son S. F. Closed vessel burning rate measurements of composite propellants using microwave interferometry. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2024. V. 49. Iss.8. e202400072.https://doi.org/10.1002/prep.202400072
8. Trebinski R., Leciejewski Z. Surma Z. determining the burning rate of fine-grained propellants in closed vessel tests. Energies. 2022. V. 15. Iss. 7. 2680.https://doi.org/10.3390/en15072680
9. Razdan M.K., Kuo K. K. Erosive Burning Studies of Composite Solid Propellants by the Reacting Tur-bulent Boundary-Layer Approach. The Pennsylvania State University. 1976. 82 рp.
10. Liu J., Wang Y., Li X., Cong J. Using the impulse method to determine high-pressure dynamic burn-ing rate of solid propellants. Aerospace. 2023. V. 10. 818.https://doi.org/10.3390/aerospace10090818
11. Proroka V. A., Solntsev V. A., Kulyk O. V., Dobrodomov O. O., Shvets A. S., Lukianenko I. H., Dron M. M. Verification of methodological approaches to evaluating the characteristics of composite solid rocket propellants. Journal of Rocket-Space Technology. 2024. V. 33. No. 4-29. Pp. 11-22. (In Ukrainian). https://doi.org/10.15421/452446
12. DeLuca L. T., Annovazzi A. Survey of burning rate measurements in small solid rocket motors. Fire-PhysChem. 2024. V. 4. Iss. 2. Pp. 146-165. https://doi.org/10.1016/j.fpc.2023.11.004 |
| first_indexed | 2026-04-04T01:00:15Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-170 |
| institution | Technical Mechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-04-11T01:00:15Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | текст 3 |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-1702026-04-10T18:56:46Z EXPERIMENTAL METHODS OF SOLID ROCKET PROPELLANT CHARACTERIZATION МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА VASYLIV, S. S. тверде ракетне паливо, бомба постійного тиску, експериментальні методи, ракетний двигун. solid rocket propellant, constant pressure bomb, experimental methods, rocket engine. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.01.034 The process of designing a solid-propellant rocket engine is a complex problem. Usually, it is solved by an iterative method, in which the initial data are gradually refined using experimental studies. With a sufficient statistical database, the problem is somewhat simplified because use can be made of the results for a similar engine close to that under development. In any case, the design is completed by engine testing. The cost of each stage depends on the complexity of the engine as a whole, but the most expensive stage is always the engine testing. Because of this, in order to minimize resources, rocket engine developers try to reduce the extent of experimental tryout. In addition to energy characteristics, an important parameter necessary for engine design is the propellant combustion characteristics. The solid rocket propellant burning rate depends on many factors: the propellant type and initial temperature, the combustion chamber pressure, the component particle size, the flight acceleration, the gas speed near the charge surface, etc. Accordingly, these properties are used to regulate the burning rate. Since it is now mathematically very difficult to predict the solid rocket propellant burning rate, various experimental methods are used for these purposes. The goal of the work is to analyze experimental methods of solid rocket propellant characterization at the research stage. Research tests are carried out to study working processes occurring in the engine and its systems. Their study is necessary for the development and use of new propellants, radically new design ideas, and advanced materials and technologies. Research test programs are diverse and usually require new test and measurement methods and means. Therefore, this stage of rocket engine development is more often carried out using not standard equipment, but unique experimental installations or models, which allow one to obtain information on the object of research with a certain degree of reliability. The primary objectives of experimental studies at the research stage are to characterize the propellant and its combustion process to a required accuracy. This article overviews the most widely used methods for solid rocket propellant characterization. REFERENCES 1. Garbinets V. O., Gorbenko G. A., Gumnytsky B. P., Dzhur O. Ye., Kuchma L. D., Pron L. V. Fundamen-tals of Solid-Propellant Rocket Engine Theory and Design. Art-Press, 2005. 200 pp. (In Ukrainian). 2. Rogov N. G., Ishchenko M. A. Mixed Solid Rocket Propellants: Components. Requirements. Proper-ties. St. Petersburg: St. Petersburg State University of Technology, 2005. 195 pp. (In Russian). 3. Suprunenko V. A. Experimental Tryout Organization of Large-Sized Sustainer Solid-Propellant Rocket Engines. Dnipropetrovsk: Yuzhnoye State Design Office, 2000. 38 pp. (In Russian). 4. Gladkov I. M., Ermakov Yu. P., Malkin B. Ya. Mukhamedov V. S., Nalivaiko V. A., Soloukhin A. S. Solid-Propellant Pulse-Type Special-Purpose Engines. Design Fundamentals, Design, and Tryout Experience. Moscow: Central Research Institute of Information, 1990. 116 pp. (In Russian). 5. G. Gupta, L. Jawale, Mehilal, B. Bhattacharyа. Various methods for the determination of the burning rates of solid propellants - An overview. Central European Journal of Energetic Materials. 2015. V. 12. No. 3. Pp. 593-620. 6. Wei W., Yan X., Cui J., Wang R., Zheng Y., Xue C. Ultrasonic signal processing method for dynamic burning rate measurement based on improved wavelet thresholding and extreme value feature fitting. Micromachines. 2025. V. 16. 290. https://doi.org/10.3390/mi16030290 7. Oatman S. A., Caito A. A., Klinger D. J., Cooper J. N., Manship T. D., Son S. F. Closed vessel burning rate measurements of composite propellants using microwave interferometry. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2024. V. 49. Iss.8. e202400072.https://doi.org/10.1002/prep.202400072 8. Trebinski R., Leciejewski Z. Surma Z. determining the burning rate of fine-grained propellants in closed vessel tests. Energies. 2022. V. 15. Iss. 7. 2680.https://doi.org/10.3390/en15072680 9. Razdan M.K., Kuo K. K. Erosive Burning Studies of Composite Solid Propellants by the Reacting Tur-bulent Boundary-Layer Approach. The Pennsylvania State University. 1976. 82 рp. 10. Liu J., Wang Y., Li X., Cong J. Using the impulse method to determine high-pressure dynamic burn-ing rate of solid propellants. Aerospace. 2023. V. 10. 818.https://doi.org/10.3390/aerospace10090818 11. Proroka V. A., Solntsev V. A., Kulyk O. V., Dobrodomov O. O., Shvets A. S., Lukianenko I. H., Dron M. M. Verification of methodological approaches to evaluating the characteristics of composite solid rocket propellants. Journal of Rocket-Space Technology. 2024. V. 33. No. 4-29. Pp. 11-22. (In Ukrainian). https://doi.org/10.15421/452446 12. DeLuca L. T., Annovazzi A. Survey of burning rate measurements in small solid rocket motors. Fire-PhysChem. 2024. V. 4. Iss. 2. Pp. 146-165. https://doi.org/10.1016/j.fpc.2023.11.004 DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.01.034 Процес проєктування твердопаливного ракетного двигуна є складною задачею. Зазвичай її вирішують ітераційним методом, поступово уточнюючи вихідні дані, залучаючи експериментальні дослідження. При достатній статистичній базі даних задача дещо спрощується, бо використовують результати двигуна-аналога, близького до того, який розробляється. В будь-якому випадку проєктування завершується випробуваннями двигуна. Вартість кожного етапу залежить від складності двигуна в цілому, проте однозначно найдорожчим етапом є випробування двигуна. Тому розробники ракетних двигунів з метою мінімізації ресурсів прагнуть зменшити об’єм експериментального відпрацювання. Окрім енергетичних характеристик важливим фактором, який необхідний для проєктування двигуна, є характеристики горіння палива. Швидкість горіння твердого ракетного палива залежить від багатьох факторів: виду палива, його початкової температури, тиску в камері згорання, дисперсності твердих компонентів, перевантажень в польоті, швидкості газу біля поверхні заряду тощо. Відповідно ці властивості використовуються для регулювання швидкості горіння. Оскільки на даний час математично дуже складно спрогнозувати швидкість горіння твердого ракетного палива, то для цих цілей використовують різні експериментальні методи. Мета роботи – аналіз методів експериментальних досліджень твердого ракетного палива на етапі науково-дослідних розробок. Науково-дослідні випробування проводяться з метою вивчення робочих процесів, що відбуваються в двигуні і його системах. Їх вивчення необхідне для розробки і використання нових палив, принципово нових конструкторських ідей, перспективних матеріалів та технологій. Програми науково-дослідних випробувань різноманітні і зазвичай потребують нових методів і засобів проведення випробувань та вимірювань. Тому вказаний етап розробки ракетного двигуна проводиться не на серійних, а частіше на експериментальних унікальних установках чи моделях, які з певною мірою достовірності дозволяють отримати інформацію про об’єкт досліджень. Першочерговими задачами експериментальних досліджень на етапі науково-дослідних розробок є визначення характеристик палива та процесу його горіння з необхідною точністю. Стаття присвячена огляду найбільш поширених методів дослідження характеристик твердого ракетного палива. ПОСИЛАННЯ 1. Габрінець В. О., Горбенко Г. А., Гумницький В. П., Джур О. Є., Кучма Л. Д., Пронь Л. В. Основи теорії та проектування РДТП. Підручник. Арт-Прес. 2005. 200 с. 2. Рогов Н. Г., Ищенко М. А. Смесевые ракетные твердые топлива: Компоненты. Требования. Свойства: Учебное пособие. Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ). 2005. 195 с. 3. Супруненко В. А. Организация экспериментальной отработки крупногабаритных маршевых РДТТ: учебно-методическое пособие. Днепропетровск. ГКБ «Южное». 2000. 38 с. 4. Гладков И. М., Ермаков Ю. П., Малкин Б. Я., Мухамедов В. С., Наливайко В. А., Солоухин А. С. Двигатели специального назначения импульсного типа на твердом топливе. Основы проектирования, конструкция и опыт отработки. Москва: ЦНИИ информации. 1990. 116 с. 5. Gupta G., Jawale L., Mehilal B. Bhattacharyа. Various Methods for the Determination of the Burning Rates of Solid Propellants - An Overview. Central European Journal of Energetic Materials. 2015. 12(3). Р. 593–620. 6. Wei W., Yan X., Cui J., Wang R., Zheng Y., Xue C. Ultrasonic Signal Processing Method for Dynamic Burning Rate Measurement Based on Improved Wavelet Thresholding and Extreme Value Feature Fitting. Micromachines. 2025. V. 16, Iss.3. 290. https://doi.org/10.3390/mi16030290 7. Oatman S. A., Caito A. A., Klinger D. J., Cooper J. N., Manship T. D., Son S. F. Closed vessel burning rate measurements of composite propellants using microwave interferometry. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2024. V.49, Iss.8. https://doi.org/10.1002/prep.202400072 8. Trebinski R., Leciejewski Z. Surma Z. Determining the Burning Rate of Fine-Grained Propellants in Closed Vessel Tests. Energies. 2022. V. 15, Iss. 7. 2680. https://doi.org/10.3390/en15072680 9. Razdan M. K., Kuo K. K. Erosive burning studies of composite solid propellants by the reacting turbulent boundary-layer approach. The Pennsylvania state university. 1976. 82 р. 10. Liu J., Wang Y., Li X., Cong J. Using the Impulse Method to Determine High-Pressure Dynamic Burning Rate of Solid Propellants. Aerospace. 2023. V. 10, Iss. 9. https://doi.org/10.3390/aerospace10090818 11. Пророка В. А., Солнцев В. А., Кулик О. В., Добродомов О. О., Швець А. С., Лук’яненко І. Г., Дронь М. М. Верифікація методичних підходів до оцінки характеристик твердих сумішевих ракетних палив. Вісник Дніпровського університету. Серія Ракетно-космічна техніка. 2024. Т. 33, № 4 (29). C. 11–22. https://doi.org/10.15421/452446 12. DeLuca L. T., Annovazzi A. Survey of burning rate measurements in small solid rocket motors. FirePhysChem 2024. V. 4, Iss. 2. P. 146–165. https://doi.org/10.1016/j.fpc.2023.11.004 текст 3 2026-03-31 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/170 Technical Mechanics; No. 1 (2026): Technical Mechanics; 34-44 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 1 (2026): Technical Mechanics; 34-44 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 1 (2026): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 34-44 uk https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/170/72 Copyright (c) 2026 Technical Mechanics |
| spellingShingle | тверде ракетне паливо бомба постійного тиску експериментальні методи ракетний двигун. VASYLIV, S. S. МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА |
| title | МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА |
| title_alt | EXPERIMENTAL METHODS OF SOLID ROCKET PROPELLANT CHARACTERIZATION |
| title_full | МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА |
| title_fullStr | МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА |
| title_full_unstemmed | МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА |
| title_short | МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА |
| title_sort | методи експериментальних досліджень характеристик твердого ракетного палива |
| topic | тверде ракетне паливо бомба постійного тиску експериментальні методи ракетний двигун. |
| topic_facet | тверде ракетне паливо бомба постійного тиску експериментальні методи ракетний двигун. solid rocket propellant constant pressure bomb experimental methods rocket engine. |
| url | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/170 |
| work_keys_str_mv | AT vasylivss experimentalmethodsofsolidrocketpropellantcharacterization AT vasylivss metodieksperimentalʹnihdoslídženʹharakteristiktverdogoraketnogopaliva |