Попередня проектна оцінка твердопаливних ракетних двигунів
DOI:
https://doi.org/10.15421/cims.4.279Ключові слова:
твердопаливні ракетні двигуни, автоматизована проєктна оцінка, етап початкового проєктування, параметрична оптимізація, аналітичне моделювання характеристикАнотація
Мета. У цій статті підіймається питання необхідності розробки методів автоматизованої проєктної оцінки твердопаливних ракетних двигунів на ранніх етапах розробки ракетних комплексів. Дизайн / Метод / Підхід. Дослідження базується на аналітичних моделях та емпіричних даних, отриманих під час розробки численних твердопаливних ракетних двигунів (ТРД) конструкторськими бюро, зокрема ДП «КБ «Південне». Застосовано методи параметричного аналізу та оптимізації з подальшою статистичною корекцією та перевіркою на основі реальних даних двигунів. Результати. У статті визначено ключові параметри, що впливають на ефективність ТРД, та запропоновано обчислювальну структуру для їх оптимізації. Методика суттєво скорочує час, необхідний для попередньої оцінки, та дозволяє автоматизувати дослідження альтернативних варіантів конструкції. Теоретичне значення. Це дослідження сприяє розвитку теоретичного розуміння моделювання та оптимізації характеристик ТРД на концептуальному етапі. Показано, як аналітичні залежності можуть бути побудовані та уточнені на основі інженерної теорії та емпіричного калібрування. Практичне значення. Розроблений підхід дозволяє інженерам швидко формувати та оцінювати декілька варіантів конструкції двигунів, підвищуючи якість і швидкість прийняття рішень на ранніх етапах створення ракетних систем. Оригінальність / Цінність. Робота пропонує практичну та верифіковану методику автоматизованої оцінки проєктних рішень для ТРД, що заповнює прогалину в процесі раннього інженерного проєктування. Вона є цінним ресурсом для аерокосмічних інженерів, фахівців з оборонних технологій і розробників рушійних установок. Обмеження дослідження / Майбутні дослідження. Методика орієнтована на типові конфігурації ТРД і базується на припущенні статистичної узгодженості історичних даних. У майбутньому дослідження можуть бути розширені з урахуванням нових матеріалів, компонентів, виготовлених на 3D-принтерах, і адаптивних систем управління. Тип статті. Методологічна стаття.
Завантажити
Посилання
AbdelGawad, A. R., & Guozhu, L. (2022, May). A numerical simulation study for a dual thrust solid propellant rocket motor nozzle. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 2235, No. 1, p. 012010). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2235/1/012010
Almayas, A., Yaakob, M. S., Aziz, F. A., Yidris, N., & Ahmad, K. A. (2021). CFD application for solid propellant rocket simulation: A review. CFD Letters, 13(1), 84-95. https://doi.org/10.37934/cfdl.13.1.8495
Bondarenko, M., & Habrinets, V. (2023). Thrust vector control of solid-propellant engines for operational-tactical missiles [In Ukrainian]. Challenges and Issues of Modern Science, 1, 68-73. https://cims.fti.dp.ua/j/article/view/14
Bondarenko, M., Habrinets, V., & Vorobei, M. (2024). Evolution of Multiple Launch Rocket Systems from Early Rockets to HIMARS and Beyond. Challenges and Issues of Modern Science, 3, 23-34. https://cims.fti.dp.ua/j/article/view/241
Bondarenko, M., Habrinets, V., & Vorobei, M. (2025). Open-source analysis of the potential configuration and kinetic performance of the Oreshnik ballistic missile. Challenges and Issues of Modern Science, 4(1), 36-42. https://doi.org/10.15421/cims.4.306
Cang, Y., & Wang, L. (2024). Understanding AP/HTPB composite propellant combustion from new perspectives. Combustion and Flame, 259, 113108. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2023.113108
Chen, H., Wu, X., Chu, K., Wang, H., Ba, Y., & Liu, P. J. (2025). Combustion Efficiency Characteristics of Single Aluminum Particle in SRM via CFD-DEM. SSRN. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.5450317
Deyou, W. A. N. G., Shipeng, L. I., Ge, J. I. N., Ruyao, W. A. N. G., Dian, G. U. A. N., & Ningfei, W. A. N. G. (2024). Numerical study on ignition start-up process of an underwater solid rocket motor across a wide depth range. Chinese Journal of Aeronautics, 37(10), 136-157. https://doi.org/10.1016/j.cja.2024.06.019
Ellis, R. A., & Keller Jr, R. B. (1975). Solid rocket motor nozzles (No. NASA-SP-8115). NTRS - NASA Technical Reports Server. https://ntrs.nasa.gov/citations/19760013126
Galletly, M., & Verstraete, D. (2025). Design optimisation and comparison of propulsion systems for sounding rockets. Acta Astronautica. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2025.06.036
Glazkov, V. A., Enotov, V. G., Kozak, L. R., & Fomenko, V. S. (2018). The solid–propellant motors with regulated thrust [In Russian]. Space Technology. Missile Armament, 115(1), 46-52. https://doi.org/10.33136/stma2018.01.046
Hashish, A. (2018). Design of solid motor for predefined performance criteria (Master’s thesis, Military Technical College). ResearchGate. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.30254.77125
Kamm, Y., & Gany, A. (2008). Solid rocket motor optimization. In 44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit (p. 4695). https://doi.org/10.2514/6.2008-4695
Kirichenko, A. S., Kushnir, B. I., & Enotov, V. G. (2016). Solid Rocket Motors Developed by DO-5 [In Russian]. Space Technology. Missile Armament, 111(1), 4-12. https://journal.yuzhnoye.com/content_2016_1/annot_1_1_2016-en
Kirichenko, A. S., Kushnir, B. I., Malyi, L. P., Ushkin, N. P., & Oglykh, V. V. (2014). Increasing the efficiency of solid-propellant rocket motors through the development and implementation of new design and engineering solutions at Yuzhnoye SDO [In Russian]. Space Technology. Missile Armament, 106(1), 89-96. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Ktrv_2014_1_17
Kositsyna, O., Varlan, K., Dron, M., & Kulyk, O. (2021). Determining energetic characteristics and selecting environmentally friendly components for solid rocket propellants at the early stages of design. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (114)), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247233
Li, Z., Liu, J., Ye, Z., Zhang, W., & Sun, L. (2025). Heat and mass transfer mechanism model of AP/HTPB propellant based on micro-CT in the ignition stage of a solid rocket motor. Applied Thermal Engineering, 127654. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.127654
Miller, W. H. (1971). Solid rocket motor performance analysis and prediction (Vol. 8039). National Aeronautics and Space Administration. https://books.google.com.ua/books?id=xgTlAAAAMAAJ
Mishra, A. K., Jadhav, S., & Akshay, M. (2022). Theoretical Aspects on Design and Performance Characteristics of solid rocket motor. International Journal of All Research Education and Scientific Methods, 10(2), 894-898. https://tinyurl.com/mtahpk8p
Mochonov, R. A., Sotnichenko, A. V., Ivanytskyi, H. M., & Salo, M. P. (2020). Study of the temperature and force effects of supersonic jets of the space rockets on the gas duct of the launch complex during the water supply system operation. Space Science and Technology, 26(3). https://doi.org/10.15407/knit2020.03.003
Oglykh, V. V., Kosenko, M. G., Dotsenko, V. M., Vakhromov, V. A., Kublik, V. F., & Mamontov, V. G. (2010). Specific features of design and experimental testing of small-sized auxiliary SRMs for space rockets [In Russian]. Aerospace technic and technology, 77(10), 83-88. http://nbuv.gov.ua/UJRN/aktit_2010_10_21
Oyedeko, K. F. K., & Egwenu, S. O. (2021). Modelling of the formulated solid rocket propellant characteristics. Glob J Eng Technol Adv, 6(2), 061-73. https://doi.org/10.30574/gjeta.2021.6.2.0017
Rashkovskiy, S. A., & Yakush, S. E. (2020). Numerical simulation of low-melting temperature solid fuel regression in hybrid rocket engines. Acta Astronautica, 176, 710-716. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.05.002
Rohini, D., Sasikumar, C., Samiyappan, P., Dakshinamurthy, B., & Koppula, N. (2022). Design & analysis of solid rocket using open rocket software. Materials Today: Proceedings, 64, 425-430. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.787
Senkin, V. S., & Syutkina-Doronina, S. V. (2019). On the choice of methods used in the optimization of rocket design parameters and control programs [In Russian]. Technical Mechanics, 2019(1), 38–52. https://doi.org/10.15407/itm2019.01.038
Sforzini, R. H. (1972). Design and performance analysis of solid-propellant rocket motors using a simplified computer program (No. NASA-CR-129025). https://ntrs.nasa.gov/citations/19740012324
Teng, J., Wu, Z., Lu, L., & Li, Y. (2025). Rapid prediction of solid rocket ignition transient process using artificial neural networks. Thermal Science, 29(1 Part A), 251-265. https://doi.org/10.2298/TSCI240416176T
Terzic, J., Zecevic, B., Baskarad, M., Catovic, A., & Serdarevic-Kadic, S. (2011). Prediction of internal ballistic parameters of solid propellant rocket motors. Problemy Mechatroniki: uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa, 2, 7-26. https://tinyurl.com/mr3y8ycb
Tian, H., He, L., Yu, R., Zhao, S., Wang, P., Cai, G., & Zhang, Y. (2021). Transient investigation of nozzle erosion in a long-time working hybrid rocket motor. Aerospace Science and Technology, 118, 106978. https://doi.org/10.1016/j.ast.2021.106978
Ushkin, N. P. (2016). Method of Design Evaluation of SRM Lifetime and Ensuring its Long-Term Operation [In Russian]. Space Technology. Missile Armament, 111(1), 110-116. https://journal.yuzhnoye.com/content_2016_1/annot_18_1_2016-en
Ushkin, N. P., Moroz, V. G., & Tikhaya, M. V. (2016). Methodology of design evaluation of main SRM flowrate-thrust characteristics after stage separation [In Russian]. Space Technology. Missile Armament, 111(1), 68–75. https://journal.yuzhnoye.com/content_2016_1/annot_11_1_2016-en
Wang, D., Cao, D., Zhou, Z., & Liang, R. (2025). Numerical simulation of fluid–structure interaction for solid rocket engine nozzle ablation. Advances in Aerodynamics, 7(1), 2. https://doi.org/10.1186/s42774-024-00192-2
Wentao, L. I., Yunqin, H. E., & Wenbo, L. I. (2024). 3D grain reverse design and shape optimization for solid rocket motor. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 45(11). https://hkxb.buaa.edu.cn/EN/Y2024/V45/I11/529089
Zhang, Y., Sun, Z., Hu, Y., Zhu, Y., Xia, X., Qu, H., & Tian, B. (2025). Numerical Simulation of the Gas Flow of Combustion Products from Ignition in a Solid Rocket Motor Under Conditions of Propellant Creep. Aerospace, 12(2), 153. https://doi.org/10.3390/aerospace12020153
Zosimovych, N. (2021). Sounding rocket preliminary design. European Journal of Engineering and Technology Research, 6(2), 136-141. https://doi.org/10.24018/ejeng.2021.6.2.2368
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Категорії
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Mykola Bondarenko, Volodymyr Habrinets, Mykhailo Vorobei (Author)
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Всі статті, опубліковані в журналі Challenges and Issues of Modern Science, ліцензовані за ліцензією Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY). Це означає, що ви можете:
- Поширювати, копіювати та передавати статтю
- Адаптувати, реміксувати та створювати похідні роботи на основі статті
за умови, що ви надаєте належне посилання на оригінальну роботу, вказуєте ім'я авторів, назву статті, журнал та наявність ліцензії CC BY. Будь-яке використання матеріалів не повинно припускати схвалення авторами або журналом використаного матеріалу.
