В студенческие годы Челомей активно занимается научной работой. За время учебы в трудах КАИ им было опубликовано более 20 научных статей. В 1936 г. литографским способом была издана его работа «Векторное исчисление», которая стала для студентов основным учебным пособием. Отличительной чертой многих его работ было то, что результаты исследований тут же воплощались в практику.
Проходя практику на Запорожском моторостроительном заводе, он «…выполнил большую расчетно-исследовательскую работу по крутильным колебаниям авиамоторов» и «…проявил особо высокую теоретическую и инженерную подготовку» (справка Запорожского завода). Эта и другие работы Челомея позволяли выяснять причины отказов авиадвигателей.
Уже тогда у него возник замысел пульсирующего воздушно-реактивного двигателя (ПуВРД), и он, получив разрешение, проводил на оборудовании завода опыты в интересах его разработки и создания.
На заводе он прочел большой 70-часовой курс лекций по теории колебаний инженерам завода. По отзыву академика Л.И. Седова, многие теоретические результаты, изложенные в этих лекциях, для того времени были новыми и в дальнейшем вошли в учебники и специальные справочники.
В 1937 г. Челомей на год раньше с отличием закончил Киевский авиационный институт. Дипломная работа на тему «Колебания в авиационных двигателях» была защищена блестяще и признана Ученым советом выдающейся, на уровне кандидатской диссертации.
После окончания института работал в Институте математики АН УССР и учился в аспирантуре. В 1939 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему «Динамическая устойчивость элементов авиационных конструкций».
Научные интересы В.Н. Челомея сосредоточились на исследовании динамической устойчивости упругих систем. В ходе этих исследований он получил важные теоретические результаты, нашедшие применение в практике, – предложенный им метод определения продольных, поперечных и крутильных колебаний упругих систем. Этот метод позволяет создать универсальную вычислительную программу для ЭВМ и широко применяется и сейчас.
В 1940 г. было учреждено 50 Сталинских стипендий для особо выдающихся молодых ученых, работающих над докторскими диссертациями. В их число был включен и Челомей. Был установлен срок завершения и защиты диссертации – 1 июня 1941 г. Диссертация была защищена в срок, но из-за войны работа не была утверждена ВАКом, и Челомей в последующие годы дорабатывал ее в процессе текущих научных исследований. Новая защита состоялась через 10 лет, в 1951 г. в МВТУ им. Н.Э. Баумана. В 1952 г. ему было присвоено звание профессора.
Летом 1941 г. В.Н. Челомей был назначен начальником группы реактивных двигателей Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. Баранова. Используя свой задел, он начал усиленно заниматься вопросами разработки и создания ПуВРД.
