Literalmente tocmai acum am aflat despre un dispozitiv absolut uimitor - un computer cu apă. Integratorul hidraulic al lui Lukyanov - prima mașină de calcul din lume pentru rezolvarea ecuațiilor diferențiale parțiale - timp de o jumătate de secol a fost singurul mijloc de calcul asociat cu o gamă largă de probleme în fizica matematică.
În 1936, a creat o mașină de calcul, în care toate operațiile matematice erau efectuate prin curgerea apei. Ai auzit de asta?
Primul hidrointegrator IG-1 a fost conceput pentru a rezolva cele mai simple - probleme unidimensionale. În 1941, un integrator hidraulic bidimensional a fost proiectat sub formă de secțiuni separate. Ulterior, integratorul a fost modificat pentru rezolvarea problemelor tridimensionale.
După organizarea producției de masă, integratorii au început să fie exportați în străinătate: în Cehoslovacia, Polonia, Bulgaria și China. Dar au primit cea mai mare distribuție în țara noastră. Cu ajutorul lor, s-au efectuat cercetări științifice în așezământul „Mirny”, calcule ale proiectului Canalului Karakum și a liniei principale Baikal-Amur. Hidrointegratorii au fost folosiți cu succes în construcția minei, geologie, fizică termică în construcții, metalurgie, rachetă și multe alte zone.
Primele computere electronice digitale (DECM) apărute la începutul anilor 50 nu au putut concura cu mașina „apă”. Principalele avantaje ale hidrointegratorului sunt claritatea procesului de calcul, simplitatea proiectării și programării. Calculatoarele din prima și a doua generație erau scumpe, aveau performanțe reduse, dimensiuni de memorie mici, set limitat de echipamente periferice, software slab dezvoltat și necesită întreținere calificată. În special, problemele permafrostului au fost rezolvate ușor și rapid pe un hidrointegrator și pe un computer - cu mari dificultăți. La mijlocul anilor ’70, integratoarele hidraulice au fost utilizate în 115 organizații industriale, științifice și educaționale situate în 40 de orașe ale țării noastre. Doar la începutul anilor 80, dimensiunile mici, ieftine,cu computere digitale de mare viteză și capacitate de memorie, acoperind complet capabilitățile hidrointegratorului.
Și ceva mai mult pentru cei interesați de detalii.
Video promotional:
Crearea hidrointegratorului a fost dictată de o problemă inginerească complexă, cu care tânărul specialist V. Lukyanov s-a confruntat în primul an de activitate.
După absolvirea Institutului de Ingineri Feroviari din Moscova (MIIT), Lukyanov a fost trimis la construcția căilor ferate Troitsk-Orsk și Kartaly-Magnitnaya (acum Magnitogorsk).
În anii 1920 și 1930, construcția căilor ferate a fost lentă. Principalele instrumente de lucru au fost lopata, picheta și roaba, iar săpăturile și betonarea s-au efectuat doar vara. Dar calitatea lucrării a rămas încă scăzută, au apărut fisuri - flagelul structurilor din beton armat.
Lukyanov s-a interesat de cauzele fisurilor din beton. Presupunerea sa despre originea temperaturii lor este întâlnită cu scepticismul experților. Tânărul inginer începe să cerceteze regimurile de temperatură în zidărie din beton, în funcție de compoziția betonului, cimentul utilizat, tehnologia de lucru și condițiile externe. Distribuția fluxurilor de căldură este descrisă prin relații complexe între temperatură și proprietățile concrete care se schimbă în timp. Aceste relații sunt exprimate prin așa-numitele ecuații diferențiale parțiale. Cu toate acestea, metodele de calcul care existau la acel moment (1928) nu au putut oferi o soluție rapidă și precisă.
În căutarea unor modalități de soluționare a problemei, Lukyanov apelează la lucrările matematicienilor și inginerilor. El găsește direcția corectă în lucrările unor oameni de știință ruși de seamă - academiști A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky și M. V. Kirpichev.
Inginer în construcții navale, mecanic, fizician și matematician academician Alexei Nikolaevich Krylov (1863-1945) la sfârșitul anului 1910 a construit o mașină de calcul analogică mecanică unică - un integrator diferențial pentru rezolvarea ecuațiilor diferențiale obișnuite de ordinul 4.
Academicianul Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) s-a ocupat de hidraulică. În 1918, el a dovedit posibilitatea înlocuirii unui proces fizic cu altul dacă sunt descrise de aceeași ecuație (principiul analogiei în modelare).
Academicianul Mikhail Viktorovici Kirpichev (1879-1955) - specialist în domeniul ingineriei căldurii, a dezvoltat teoria proceselor de modelare în instalații industriale - metoda modelării termice locale. Metoda a făcut posibilă reproducerea fenomenelor observate la instalațiile industriale mari în condiții de laborator.
Lukyanov a putut generaliza ideile marilor oameni de știință: un model este cel mai înalt grad de vizualizare a adevărului matematic. După ce a efectuat cercetări și s-a asigurat că legile fluxului de apă și propagarea căldurii sunt în mare parte similare, el a concluzionat că apa poate acționa ca model al procesului termic. În 1934, Lukyanov a propus o metodă fundamental nouă pentru mecanizarea calculelor proceselor nesigure - metoda analogiilor hidraulice, iar un an mai târziu a creat un model hidraulic termic pentru a demonstra metoda. Acest dispozitiv primitiv, realizat din fier pentru acoperiș, tablă și tuburi de sticlă, a rezolvat cu succes problema studierii condițiilor de temperatură ale betonului.
Unitatea sa principală era navele verticale cu o anumită capacitate, interconectate de tuburi cu rezistențe hidraulice variabile și conectate la nave mobile. Ridicând și coborând, au schimbat presiunea apei din vasele principale. Pornirea sau oprirea procesului de calcul a fost efectuată de macarale cu control general.
În 1936, a fost pusă în funcțiune prima mașină de calcul din lume pentru rezolvarea ecuațiilor diferențiale parțiale, integratorul hidraulic al lui Lukyanov.
Pentru a rezolva problema pe hidrointegrator, a fost necesar:
1) întocmește o diagramă de proiectare a procesului studiat;
2) pe baza acestei diagrame, conectați vasele, determinați și selectați valorile rezistenței hidraulice a tuburilor;
3) calculați valorile inițiale ale valorii cerute;
4) desenează un grafic al modificărilor condițiilor externe ale procesului modelat.
După aceea, valorile inițiale au fost stabilite: vasele principale și mobile cu robinete închise au fost umplute cu apă până la nivelurile calculate și marcate pe hârtie grafică atașată în spatele piezometrelor (tuburi de măsurare) - s-a obținut un fel de curbă. Apoi toate robinetele au fost deschise simultan, iar cercetătorul a schimbat înălțimea vaselor mobile în conformitate cu graficul modificărilor condițiilor externe ale procesului simulat. În acest caz, presiunea apei din vasele principale a variat conform aceleiași legi ca temperatura. Nivelurile de lichid din piezometre s-au schimbat, la momentul potrivit, robinetele au fost închise, oprind procesul, iar noile poziții ale nivelurilor au fost marcate pe hârtie grafică. Aceste mărci au fost utilizate pentru a construi un grafic, care a fost soluția problemei.
Capacitățile hidrointegratorului s-au dovedit a fi neobișnuit de largi și promițătoare. În 1938, V. S. Luk'yanov a fondat un laborator de analogii hidraulice, care a devenit în scurt timp organizația de bază pentru introducerea metodei în economia națională a țării. A rămas șeful acestui laborator timp de patruzeci de ani.
Principala condiție pentru utilizarea pe scară largă a metodei analogiei hidraulice a fost îmbunătățirea integratorului hidraulic. Crearea unui design care este convenabil în aplicarea practică a făcut posibilă rezolvarea problemelor de diferite tipuri - unidimensional, bidimensional și tridimensional. De exemplu, fluxul de apă în limitele rectilinii este un flux unidimensional. Mișcarea bidimensională este observată în zonele cu coturi mari ale râurilor, în apropiere de insule și peninsule, iar apele subterane se răspândesc în trei dimensiuni.
Primul hidrointegrator IG-1 a fost conceput pentru a rezolva cele mai simple - unidimensionale - sarcini. În 1941, un integrator hidraulic bidimensional a fost proiectat sub formă de secțiuni separate.
În 1949, printr-un decret al Consiliului de Miniștri al URSS, a fost instituit un institut special „NIISCHETMASH” la Moscova, pentru care s-a obținut selecția și pregătirea pentru producția în serie a noilor modele de tehnologie computerizată. Una dintre primele astfel de mașini a fost hidrointegratorul. Timp de șase ani, institutul a dezvoltat un nou design al acestuia din blocuri standard unificate, iar la fabrica Ryazan de mașini de calcul și analitice, producția lor în serie a început cu marca IGL (integratorul sistemului hidraulic Lukyanov). Anterior, la fabrica de la Moscova au fost construite integratoare hidraulice unice pentru mașini de calcul și analitice (CAM). În timpul procesului de producție, secțiunile au fost modificate pentru a rezolva probleme tridimensionale.
În 1951, V. S. Lukyanov a primit Premiul de Stat pentru crearea unei familii de hidrointegratori.
După organizarea producției de masă, integratorii au început să fie exportați în străinătate: în Cehoslovacia, Polonia, Bulgaria și China. Dar au primit cea mai mare distribuție în țara noastră. Cu ajutorul lor, s-au efectuat cercetări științifice în așezământul „Mirny”, calcule ale proiectului Canalului Karakum și a liniei principale Baikal-Amur. Hidrointegratorii au fost folosiți cu succes în construcția minei, geologie, fizică termică în construcții, metalurgie, rachetă și multe alte zone.
Eficacitatea metodei analogiilor hidraulice la fabricarea blocurilor de beton armat din prima centrală hidroelectrică din beton prefabricat din lume - stația hidroelectrică Saratov im. Lenin Komsomol (1956-1970). A fost necesară dezvoltarea unei tehnologii de fabricație pentru aproximativ trei mii de blocuri uriașe care cântărește până la 200 de tone. Blocurile au trebuit să se coacă repede fără să crape linia de producție în toate anotimpurile și să fie imediat instalate pe loc. Calcule foarte complexe ale regimului de temperatură, ținând cont de schimbarea continuă a proprietăților betonului de întărire și a condițiilor de încălzire electrică, au fost făcute în timp util și în volumul necesar numai datorită hidrointegratorilor Lukyanov. Calculele teoretice în combinație cu testele la un șantier-pilot și în producție au permis elaborarea tehnologiei de fabricare a blocurilor de calitate impecabilă.
Primele computere electronice digitale (DECM) apărute la începutul anilor 50 nu au putut concura cu mașina „apă”. Principalele avantaje ale hidrointegratorului sunt claritatea procesului de calcul, simplitatea proiectării și programării. Calculatoarele din prima și a doua generație erau scumpe, aveau performanțe reduse, dimensiuni de memorie mici, set limitat de echipamente periferice, software slab dezvoltat și necesită întreținere calificată. În special, problemele permafrostului au fost rezolvate ușor și rapid pe un hidrointegrator și pe un computer - cu mari dificultăți. Mai mult, aplicarea prealabilă a metodei analogiilor hidraulice a ajutat la formularea problemei, a sugerează modul de programare a computerului și chiar a controlului pentru a evita erorile grave. La mijlocul anilor ’70, integratoarele hidraulice au fost utilizate în 115 organizații industriale, științifice și educaționale situate în 40 de orașe ale țării noastre. Numai la începutul anilor 80 au apărut calculatoare digitale de dimensiuni mici, ieftine, cu viteză mare și capacitate de memorie, care se suprapun complet capacităților hidrointegratorului.
Doi hidrointegratori Lukyanov sunt prezentați în colecția de mașini analoge ale Muzeului Politehnic din Moscova. Acestea sunt rare exponate de mare valoare istorică, monumente de știință și tehnologie. Dispozitivele originale de calcul sunt de interes constant pentru vizitatori și sunt printre cele mai valoroase exponate din departamentul de calcul.
