国家标准 GB/T32527一2016 空间材料科学实验装置多功能高温炉设计规范 Designspeeifieationofspaeematerialsseieneeexperimentalfaeilty Multifunctioalhightemperaturefurnace 2016-02-24发布 2016-09-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T32527一2016 目次前言范围规范性引用文件术语和定义设计总则设计流程设计要求总体结构设计讲 6.1 6.2运动机构设计热控设计 6.3 6.4真空设计 6.5控制设计 6.6遥操作设计软件设计 6.7 6.8人机工效学设计 6.9可靠性安全性设计 6.10设计验证附录A(资料性附录)多功能高温炉的组成和功能参考文献
GB/T32527一2016 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC312)归口本标准起草单位;科学院上海硅酸盐研究所、科学院国家空间科学中心,兰州空间技术物理研究所本标准主要起草人:温海琴,刘岩、艾飞、潘秀红、冯楚德、高国忠、汤美波、于强、张正军
GB/T32527一2016 空间材料科学实验装置多功能高温炉设计规范范围本标准规定了空间材料科学实验装置多功能高温炉(以下简称“多功能高温炉”)设计的总则、设计流程以及总体结构设计,运动机构设计,热控设计,真空设计、控制设计,遥操作设计、软件设计、人机工效学设计、可靠性安全性设计和设计验证的要求本标准适用于在飞船、空间实验室、空间站等各类空间飞行平台上使用的多功能高温炉的设计在卫星等其他飞行平台上的多功能高温炉的设计亦可参照本标准规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB150.3 压力容器第3部分;设计空间科学实验转动部件规范第1部分;设计总则 GB/T28878.1 GB151军用设备和分系统电磁发劈和敏感度要求 GJB450装备可靠性工作通用要求 GJB900系统安全性通用大纲 GJB3590航天系统电磁兼容性要求 GJB4009航天员系统对飞船应用系统的技术要求 GJB6765航天员系统对飞船工程设计的工效学要求与评价方法术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1 多功能高温炉mwltifunetionalhightemperaturefurnace 在空间微重力环境下进行400C以上材料样品实验研究的,具有多温区、多温场模式的装置注用于研究对象的材料用“材料样品"表示多功能高温炉本身的结构材料,电学材料或热控材料等用"材料" 表示 3.2 样品单元sampleumit 由材料样品及承载、固定或封装材料样品的结构组成的单元 3.3 样品仓samplestorehouse 储存、固定样品单元的机械结构
GB/T32527一2016 设计总则 4.1多功能高温炉设计的功能和性能指标应满足拟进行空间科学研究的材料样品实验需求,同时应满足空间平台资源分配、环境约束条件及接口要求,应进行模块化、轻量化和低功耗的设计 4.2多功能高温炉设计应满足设备的可靠性、安全性、维修性、保障性、测试性、环境适应性(六性要求 4.3应优先选用具有成功空间应用经历的原材料和元器件,选用无成功空间应用经历的原材料和元器件应经过充分验证 4.4宜选用已有成功空间应用经历的航天产品成熟技术和工艺 4.5 有航天员参与时,应进行专门的人机工效学设计 4.6应按工程阶段进行设计评审和地面试验验证设计流程多功能高温炉设计流程如图1所示材料样品实验需求平台资源分配: 设计输入如质量、功耗; 环境约束条件接口要求确定总体技术方案寿命要求细化技术指标六性要求详细设计总体结构设计; 运动机构设计热控设计真空设计; 控制设计遥操作设计; 软件设计: 人机工效学设计; 可靠性、安全性设计: 其他需要的设计否设计验证设计输出多功能高温炉设计流程图注;多功能高温炉的组成和功能,参见附录A
GB/T32527一2016 设计要求 6.1 总体结构设计总体结构设计应满足以下要求 a) 适应飞行平台总体布局要求,满足样品单元的固定、拆装,运动和更换需求样品单元和样品仓之间有固定和减震措施,在发射及回收过程中不应有影响实验的相对运动 b 炉膛和发热体结构满足多温区,多温场模式要求,考虑发热体的布置.,固定和接线端引出" c d)发热体及保温隔热结构进行热力合分析及热效率分析; 控制系统结构设计满足热设计和抗辐照的要求; e) 结构设计满足力学环境试验的要求 f 6.2运动机构设计运动机构设计应满足以下要求 a)具有自锁功能,限制在飞行平台发射及回收过程中发生相对运动 b保证进行实验的样品单元与炉膛同轴; 满足不同样品单元移动速度及稳定性的要求 D 具有样品单元定位功能; 滑动摩擦轴应选固体润滑材料 e 转动部件设计符合GB/T28878.1的要求 6.3热控设计热控设计应满足以下要求 a)根据功率、炉膛内温度范围和温场模式的要求,对发热体及保温隔热结构,散热通道、外壳温度和控温点进行热分析和热设计,外壳温度不高于45C; b 每个温区配备至少一支温度传感器;采用冗余设计时,保证备份温度传感器与主控温度传感器的测温一致性; 采用适当的保温隔热设计以减小辐射散热、降低传导散热; c) d对外表面(安装面除外)进行热控处理,使其辐射率e>0.85; 控制单元的热设计参见GJB/Z27的相关要求 6.4真空设计真空设计需满足以下要求; a)真空室设计应符合GB150.3的要求; b真空密封接口宜采用自紧式密封设计密封材料的选用应考虑耐高温、耐侵蚀性能要求,并且在高温真空环境下出气率低; c) d)漏率应满足材料科学实验对真空度的需求 6.5控制设计控制设计应满足以下要求: 具备控制温场的能力,满足材料样品实验需求; a b)具备控制运动机构的能力,满足材料样品实验需求; 数据采集,储存及处理满足实验需求; c
GB/T32527一2016 d)具备接收指令、注人数据、下传数据的功能具备故障判断功能 e f电磁兼容性(EMC)设计满足G;JB151和GJB3590的要求 6.6遥操作设计遥操作设计应考虑以下功能 a)修正温度控制参数、机构运行控制参数及其他控制参数 b)执行指定的操作,干预预定的实验流程; c处理空间实验过程中出现的故障; d)与航天员进行天地之间的交互操作软件设计软件设计应满足以下要求 a根据温场和运动机构的控制需求,进行软硬件功能分配,确定软件设计开发方案可灵活、方便的调整实验参数" b 配备遥操作功能模块 c 6.8人机工效学设计除满足GJB6765的相关要求外,人机工效学设计还应满足以下要求 a)需更换或回收的单元及功能模块相对独立,方便操作; b)在产品操作界面上给出明显操作标识按键、拔扭、抽拉等操作过程有防误操作措施 c) d)温度较高的部位有警示标识和防护措施; 必要时,设计摄像机存放机构以满足航天员实时摄像之需; e 通过航天员系统的评价与认可 f 6.9可靠性安全性设计 6.9.1可靠性设计可靠性设计除满足GJB450的要求外,还应满足以下要求 a)可靠性设计与总体结构、运动机构,热控,真空、控制,遥操作及软件设计同步进行; b) 对运动部(组)件,发热体,腔体耐压及密封进行专项可靠性设计 e冗余设计以提高可靠性为目的,在满足功能和性能要求的前提下力求组成简单; 通过可靠性试验和评估确认设计的符合性 6.9.2安全性设计安全性设计除满足GJB900和GJB4009的要求外,还应满足以下要求: a识别危险源,采取相应的控制和防护措施; b确保电源系统的安全性,设置短路保护装置及对大电流的监控点,具备地面指令应急断电功能; 在温度敏感部位设置温度传感器进行监控,当温度达到设定的临界值,具有即刻发出警报或停止工作的功能
GB/T32527一2016 6.10设计验证设计完成后,应进行设计验证，一般包括 a)功能和性能验证; b力学环境试验、热试验及电磁兼容性试验验证; 专项试验验证,如运动部(组)件和发热体的寿命试验、真空腔体耐压试验、真空漏率检测炉壳温度试验和炉内气体成分分析测试匹配性试验和整合试验验证;同时采用多台多功能高温炉进行试验时,对其性能一致性进行测量和校正注1:匹配性试验在GB/T301l4.l一2013中4.20定义为:为了检验空间实验手段和实验对象按照设计实验进程协调工作的能力,验证工程和科学设计的实验指标,进行的定性或定量测量和分析工作注2:整合试验在GB/T30114.1一2013中4.21定义为;在有多个实验对象的集成性科学实验系统中,一次空间实验进行多项彼此相对独立的科学研究,以检验多个实验的相互协调性、适应性的地面验证性研究活动其他必要的验证
GB/T32527一2016 附录A 资料性附录多功能高温炉的组成和功能多功能高温炉的组成见图A.1,包括发热体及保温隔热结构、运动机构、真空腔体、控制系统等部分运动机构控制系统发热体及保温隔热结构图A.1多功能高温炉组成及功能框图发热体及保温隔热结构的主要功能是提供材料样品在空间进行实验时所需的高温条件,包括温度范围如500950)和温度梯度(如0C/em~75C/em) 运动机构的主要功能是实现样品定位、换位和提拉或相对运动),常用的提拉速度范围包括 0.5 /h100 mm/h mm/ 真空腔体的主要功能是提供材料样品进行实验时所需的真空环境,支撑发热体及保温隔热结构,运动机构等控制系统的主要功能是控制温场和运动机构,同时实现数据的采集,储存和传输
GB/T32527一2016 参考文献 [1]GB/T30114.1一2013空间科学及其应用术语第1部分:基础通用 [2]GJB/Z27电子设备可靠性热设计手册

空间材料科学实验装置多功能高温炉设计规范GB/T32527-2016

随着空间材料科学的不断发展，越来越多的科学家开始关注研究各种新型材料的性质和应用。在这个过程中，高温炉作为一种重要的工具得到了广泛应用。

然而，在实际研究过程中，因为材料的独特性质和复杂性，科学家们需要面对很多挑战。比如，如何快速且精确地测量材料的热学性质，如何控制材料的热处理过程等等。

为了解决这些问题，GB/T32527-2016标准提出了一系列设计规范，旨在帮助科研人员开发出一些多功能高温炉，以满足不同材料的热学测试需求。

多功能高温炉的设计要求

根据该标准，多功能高温炉应具备以下特点：

适用于各种形态的样品：除了标准试样外，还能够容纳一些特殊形态的样品，比如薄膜、纤维、粉末等；
高精度的温度控制系统：能够快速响应，控制精度小于±1℃；
大范围的温度控制：通常工作温度在1000℃以上；
可靠的加热元件：通常采用碳化硅或氮化硅等高温稳定的材料；
可靠的保温材料：通常使用陶瓷纤维或者膨胀石墨等；
完善的安全保护系统：通常包括过温保护、漏电保护等。

多功能高温炉的应用

多功能高温炉广泛应用于各种材料的热学测试中，比如：

热膨胀系数测量：通过在不同温度下对样品进行温差测试，可以计算出材料的热膨胀系数；
热导率测量：通过在不同温度下对样品进行传热测试，可以计算出材料的热导率；
热处理实验：通过控制加热时间和温度，可以对材料进行热处理实验，从而研究其微观结构和性能。

总结

随着空间材料科学的不断发展，多功能高温炉已经成为了一种必不可少的实验装置。因此，《空间材料科学实验装置多功能高温炉设计规范GB/T32527-2016》标准的出台，对于提高实验装置的设计和使用质量，具有十分重要的意义。