Dosłownie właśnie teraz dowiedziałem się o absolutnie niesamowitym urządzeniu - komputerze wodnym. Hydrauliczny integrator Łukjanowa - pierwsza na świecie maszyna obliczeniowa do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych - przez pół wieku był jedynym środkiem obliczeniowym związanym z szerokim zakresem problemów fizyki matematycznej.
W 1936 roku stworzył maszynę liczącą, w której wszystkie operacje matematyczne wykonywał płynąca woda. Słyszałeś o tym?
Pierwszy hydrointegrator IG-1 został zaprojektowany, aby rozwiązać najprostsze - jednowymiarowe problemy. W 1941 roku zaprojektowano dwuwymiarowy integrator hydrauliczny w postaci oddzielnych sekcji. Następnie integrator został zmodyfikowany pod kątem rozwiązywania problemów trójwymiarowych.
Po zorganizowaniu masowej produkcji integratory zaczęto eksportować za granicę: do Czechosłowacji, Polski, Bułgarii i Chin. Ale otrzymali największą dystrybucję w naszym kraju. Z ich pomocą prowadzono badania naukowe w osadzie „Mirny”, obliczenia projektu Kanału Karakumskiego i Linii Bajkał-Amur. Hydrointegratory są z powodzeniem stosowane w budowie kopalń, geologii, budownictwie termalnym, metalurgii, rakietach i wielu innych dziedzinach.
Pierwsze cyfrowe komputery elektroniczne (DECM), które pojawiły się na początku lat 50., nie mogły konkurować z maszyną „wodną”. Główne zalety hydrointegratora to przejrzystość procesu obliczeniowego, prostota projektowania i programowania. Komputery pierwszej i drugiej generacji były drogie, miały niską wydajność, mały rozmiar pamięci, ograniczony zestaw urządzeń peryferyjnych, słabo opracowane oprogramowanie i wymagały wykwalifikowanej konserwacji. W szczególności problemy wiecznej zmarzliny zostały łatwo i szybko rozwiązane na hydrointegratorze, a na komputerze - z dużymi trudnościami. W połowie lat 70. integratory hydrauliczne były wykorzystywane w 115 organizacjach przemysłowych, naukowych i edukacyjnych zlokalizowanych w 40 miastach naszego kraju. Dopiero na początku lat 80-tych pojawiły się małe, tanie,z komputerami cyfrowymi o dużej szybkości i pojemności pamięci, całkowicie pokrywającymi możliwości hydrointegratora.
I trochę więcej dla tych, których interesują szczegóły.
Film promocyjny:
Stworzenie hydrointegratora podyktowane było złożonym problemem inżynieryjnym, przed którym stanął młody specjalista W. Łukjanow w pierwszym roku pracy.
Po ukończeniu Moskiewskiego Instytutu Inżynierów Kolejnictwa (MIIT) Łukjanow został wysłany na budowę kolei Troitsk-Orsk i Kartaly-Magnitnaya (obecnie Magnitogorsk).
W latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku budowa kolei przebiegała powoli. Głównymi narzędziami roboczymi były łopata, kilof i taczka, a wykopy i betonowanie prowadzono tylko latem. Ale jakość pracy nadal pozostawała niska, pojawiły się pęknięcia - plaga konstrukcji żelbetowych.
Lukyanov zainteresował się przyczynami pęknięć betonu. Jego przypuszczenie o ich pochodzeniu temperaturowym spotyka się ze sceptycyzmem ekspertów. Młody inżynier rozpoczyna badania reżimów temperaturowych w murze betonowym w zależności od składu betonu, użytego cementu, technologii pracy i warunków zewnętrznych. Rozkład strumieni ciepła jest opisywany przez złożone zależności między temperaturą a właściwościami betonu, które zmieniają się w czasie. Zależności te wyrażają tzw. Równania różniczkowe cząstkowe. Jednak metody obliczeniowe, które istniały w tamtym czasie (1928), nie dawały szybkiego i dokładnego rozwiązania.
Szukając sposobów rozwiązania problemu, Łukjanow zwraca się do prac matematyków i inżynierów. Znajduje właściwy kierunek w pracach wybitnych rosyjskich naukowców - naukowców A. N. Kryłowa, N. N. Pavlovsky'ego i M. V. Kirpicheva.
Inżynier stoczniowy, mechanik, fizyk i matematyk Akademik Aleksiej Nikołajewicz Kryłow (1863-1945) pod koniec 1910 roku zbudował unikalny mechaniczny komputer analogowy - integrator różniczkowy do rozwiązywania zwykłych równań różniczkowych czwartego rzędu.
Akademik Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) zajmował się hydrauliką. W 1918 roku udowodnił możliwość zastąpienia jednego procesu fizycznego innym, jeśli są one opisane tym samym równaniem (zasada analogii w modelowaniu).
Akademik Michaił Wiktorowicz Kirpiczow (1879-1955) - specjalista w dziedzinie ciepłownictwa, opracował teorię modelowania procesów w instalacjach przemysłowych - metodę lokalnego modelowania termicznego. Metoda pozwoliła na odtworzenie zjawisk obserwowanych na dużych obiektach przemysłowych w warunkach laboratoryjnych.
Łukjanow był w stanie uogólnić idee wielkich naukowców: model to najwyższy stopień wizualizacji prawdy matematycznej. Po przeprowadzeniu badań i upewnieniu się, że prawa przepływu wody i rozchodzenia się ciepła są w dużej mierze podobne, doszedł do wniosku, że woda może służyć jako model procesu termicznego. W 1934 roku Łukjanow zaproponował całkowicie nową metodę mechanizacji obliczeń procesów niestacjonarnych - metodę analogii hydraulicznych, a rok później stworzył termiczny model hydrauliczny, aby zademonstrować tę metodę. To prymitywne urządzenie, wykonane z żelaznych blach dachowych i rur szklanych, z powodzeniem rozwiązało problem badania warunków temperaturowych betonu.
Jego główną jednostką były pionowe zbiorniki główne o określonej pojemności, połączone rurami o różnych oporach hydraulicznych i połączone z ruchomymi naczyniami. Podnosząc je i opuszczając, zmienili ciśnienie wody w głównych naczyniach. Rozpoczęcie lub zatrzymanie procesu obliczeniowego zostało przeprowadzone przez dźwigi z ogólnym sterowaniem.
W 1936 r. Uruchomiono pierwszą na świecie maszynę obliczeniową do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych, hydrauliczny integrator Łukjanowa.
Aby rozwiązać problem z hydrointegratorem, konieczne było:
1) sporządzić schemat projektowy badanego procesu;
2) na podstawie tego schematu połączyć naczynia, określić i dobrać wartości oporów hydraulicznych rurek;
3) obliczyć początkowe wartości wymaganej wartości;
4) sporządzić wykres zmian warunków zewnętrznych modelowanego procesu.
Następnie ustalono wartości początkowe: główne i ruchome naczynia z zakręconymi kurkami napełniono wodą do obliczonych poziomów i zaznaczono na papierze milimetrowym przymocowanym za piezometrami (rurkami pomiarowymi) - uzyskano rodzaj krzywej. Następnie wszystkie kurki zostały jednocześnie otwarte, a badacz zmieniał wysokość ruchomych naczyń zgodnie z harmonogramem zmian warunków zewnętrznych symulowanego procesu. W tym przypadku ciśnienie wody w głównych naczyniach zmieniało się zgodnie z tym samym prawem co temperatura. Zmieniły się poziomy cieczy w piezometrach, w odpowiednim momencie zakręcono kurki zatrzymując proces, a nowe pozycje poziomów zaznaczono na papierze milimetrowym. Te znaki zostały użyte do zbudowania wykresu, który był rozwiązaniem problemu.
Możliwości hydrointegratora okazały się niezwykle szerokie i obiecujące. W 1938 roku V. S. Luk'yanov założył laboratorium analogii hydraulicznych, które wkrótce stało się podstawową organizacją wprowadzającą metodę do gospodarki narodowej kraju. Był szefem tego laboratorium przez czterdzieści lat.
Głównym warunkiem szerokiego stosowania metody analogii hydraulicznej było udoskonalenie integratora hydraulicznego. Stworzenie projektu wygodnego w praktycznym zastosowaniu umożliwiło rozwiązywanie problemów różnego typu - jednowymiarowych, dwuwymiarowych i trójwymiarowych. Na przykład przepływ wody w granicach prostoliniowych jest przepływem jednowymiarowym. Ruch dwuwymiarowy obserwuje się na obszarach zakola dużych rzek, w pobliżu wysp i półwyspów, a wody gruntowe rozprzestrzeniają się w trzech wymiarach.
Pierwszy hydrointegrator IG-1 został zaprojektowany do rozwiązywania najprostszych - jednowymiarowych - zadań. W 1941 roku zaprojektowano dwuwymiarowy integrator hydrauliczny w postaci oddzielnych sekcji.
W 1949 roku dekretem Rady Ministrów ZSRR utworzono w Moskwie specjalny instytut „NIISCHETMASH”, który otrzymał selekcję i przygotowanie do seryjnej produkcji nowych modeli technologii komputerowej. Jedną z pierwszych takich maszyn był hydrointegrator. Przez sześć lat instytut opracowywał jego nowy projekt ze standardowych ujednoliconych bloków, aw zakładzie maszyn obliczeniowych i analitycznych w Ryazan rozpoczęto ich seryjną produkcję pod marką fabryczną IGL (integrator układu hydraulicznego Łukjanowa). Wcześniej pojedyncze integratory hydrauliczne były budowane w moskiewskim zakładzie maszyn obliczeniowych i analitycznych (CAM). Podczas procesu produkcyjnego przekroje zostały zmodyfikowane w celu rozwiązania problemów trójwymiarowych.
W 1951 roku V. S. Lukianov otrzymał Nagrodę Państwową za stworzenie rodziny hydrointegratorów.
Po zorganizowaniu masowej produkcji integratory zaczęto eksportować za granicę: do Czechosłowacji, Polski, Bułgarii i Chin. Ale otrzymali największą dystrybucję w naszym kraju. Z ich pomocą prowadzono badania naukowe w osadzie „Mirny”, obliczenia projektu Kanału Karakumskiego i Linii Bajkał-Amur. Hydrointegratory są z powodzeniem stosowane w budowie kopalń, geologii, budownictwie termalnym, metalurgii, rakietach i wielu innych dziedzinach.
Skuteczność metody analogii hydraulicznych w produkcji bloków żelbetowych pierwszej na świecie elektrowni wodnej z prefabrykatów betonowych - elektrowni wodnej Saratów im. Lenin Komsomol (1956-1970). Konieczne było opracowanie technologii produkcji około trzech tysięcy ogromnych bloków o wadze do 200 ton. Bloki musiały szybko dojrzewać bez pękania na linii produkcyjnej o każdej porze roku i być natychmiast instalowane na miejscu. Bardzo złożone obliczenia reżimu temperaturowego, uwzględniające ciągłą zmianę właściwości stwardniałego betonu i warunków ogrzewania elektrycznego, wykonano terminowo iw wymaganej objętości tylko dzięki hydrointegratorom Łukjanowa. Obliczenia teoretyczne w połączeniu z testami na stanowisku pilotażowym oraz podczas produkcji pozwoliły opracować technologię wytwarzania bloków o nienagannej jakości.
Pierwsze cyfrowe komputery elektroniczne (DECM), które pojawiły się na początku lat 50., nie mogły konkurować z maszyną „wodną”. Główne zalety hydrointegratora to przejrzystość procesu obliczeniowego, prostota projektowania i programowania. Komputery pierwszej i drugiej generacji były drogie, miały niską wydajność, mały rozmiar pamięci, ograniczony zestaw urządzeń peryferyjnych, słabo opracowane oprogramowanie i wymagały wykwalifikowanej konserwacji. W szczególności problemy wiecznej zmarzliny zostały łatwo i szybko rozwiązane na hydrointegratorze, a na komputerze - z dużymi trudnościami. Ponadto wstępne zastosowanie metody analogii hydraulicznych pomogło w sformułowaniu problemu, zasugerowało sposób programowania komputera, a nawet sterowanie nim w celu uniknięcia rażących błędów. W połowie lat 70. integratory hydrauliczne były wykorzystywane w 115 organizacjach przemysłowych, naukowych i edukacyjnych zlokalizowanych w 40 miastach naszego kraju. Dopiero na początku lat 80-tych pojawiły się nieduże, tanie komputery cyfrowe o dużej szybkości i pojemności pamięci, całkowicie pokrywające się z możliwościami hydrointegratora.
W kolekcji analogowych maszyn Muzeum Politechnicznego w Moskwie prezentowane są dwa hydrointegratory Łukjanowa. To rzadkie eksponaty o dużej wartości historycznej, pomniki nauki i techniki. Oryginalne urządzenia komputerowe cieszą się stałym zainteresowaniem zwiedzających i należą do najcenniejszych eksponatów działu informatyki.