Doslova práve teraz som sa dozvedel o úplne úžasnom zariadení - vodnom počítači. Lukyanovov hydraulický integrátor - prvý počítačový stroj na svete na riešenie parciálnych diferenciálnych rovníc - bol pol storočia jediným prostriedkom výpočtu spojeným so širokou škálou problémov matematickej fyziky.
V roku 1936 vytvoril počítací stroj, v ktorom boli všetky matematické operácie vykonávané tečúcou vodou. Už ste o tom počuli?
Prvý hydrointegrátor IG-1 bol navrhnutý na riešenie najjednoduchších - jednorozmerných problémov. V roku 1941 bol navrhnutý dvojrozmerný hydraulický integrátor vo forme samostatných sekcií. Následne bol integrátor modifikovaný na riešenie trojrozmerných problémov.
Po organizácii hromadnej výroby sa integrátori začali vyvážať do zahraničia: do Československa, Poľska, Bulharska a Číny. Dostali však najväčšiu distribúciu v našej krajine. S ich pomocou sa vedecký výskum uskutočnil v osade Mirny, výpočtoch projektu Karakumského prieplavu a hlavnej cesty Bajkal-Amur. Hydrointegrátory sa úspešne používajú v stavebníctve baní, geológii, stavebnej tepelnej fyzike, metalurgii, raketovej technike a mnohých ďalších oblastiach.
Prvé digitálne elektronické počítače (DECM), ktoré sa objavili na začiatku 50. rokov, nemohli konkurovať stroju na vodu. Hlavnými výhodami hydrointegrátora sú prehľadnosť procesu výpočtu, jednoduchosť návrhu a programovania. Počítače prvej a druhej generácie boli drahé, mali nízky výkon, malú veľkosť pamäte, obmedzenú množinu periférnych zariadení, slabo vyvinutý softvér a vyžadovali kvalifikovanú údržbu. Najmä problémy permafrostu sa ľahko a rýchlo vyriešili na hydrointegrátore a na počítači - s veľkými ťažkosťami. V polovici 70. rokov boli hydraulické integrátory použité v 115 priemyselných, vedeckých a vzdelávacích organizáciách umiestnených v 40 mestách našej krajiny. Len na začiatku 80. rokov robili malé, lacné,s vysokorýchlostnými a pamäťovými digitálnymi počítačmi, ktoré úplne pokrývajú možnosti hydrointegrátora.
A trochu viac pre tých, ktorí sa zaujímajú o podrobnosti.
Propagačné video:
Vytvorenie hydrointegrátora bolo diktované komplexným inžinierskym problémom, ktorému čelil mladý odborník V. Lukyanov v prvom roku práce.
Po ukončení Moskovského inštitútu železničných inžinierov (MIIT) bol Lukyanov poslaný na výstavbu železníc Troitsk-Orsk a Kartaly-Magnitnaya (dnes Magnitogorsk).
V 20. a 30. rokoch bola výstavba železníc pomalá. Hlavnými pracovnými nástrojmi boli lopata, krumpáč a trakař a výkopové a betónové práce sa vykonávali iba v lete. Ale kvalita práce zostala nízka, objavili sa praskliny - metla železobetónových štruktúr.
Lukyanov sa začal zaujímať o príčiny prasklín v betóne. Jeho predpoklad o ich teplotnom pôvode sa stretol so skepticizmom odborníkov. Mladý inžinier začína skúmať teplotné režimy v betónovom murive v závislosti od zloženia betónu, použitého cementu, technológie práce a vonkajších podmienok. Rozloženie tepelných tokov je opísané komplexnými vzťahmi medzi teplotou a konkrétnymi vlastnosťami, ktoré sa v priebehu času menia. Tieto vzťahy sú vyjadrené tzv. Parciálnymi diferenciálnymi rovnicami. Metódy výpočtu, ktoré v tom čase existovali (1928), však nemohli poskytnúť rýchle a presné riešenie.
Pri hľadaní spôsobov riešenia problému sa Lukyanov obracia na diela matematikov a inžinierov. V prácach vynikajúcich ruských vedcov - akademikov A. N. Krylova, N. N. Pavlovského a M. V. Kirpicheva nachádza správny smer.
Lodný inžinier, mechanik, fyzik a matematik, akademik Alexej Nikolaevič Krylov (1863-1945) koncom roku 1910 postavil jedinečný mechanický analógový počítačový stroj - diferenciálny integrátor na riešenie bežných diferenciálnych rovníc 4. rádu.
Akademik Nikolai Nikolaevič Pavlovsky (1884-1937) sa zaoberal hydraulikou. V roku 1918 preukázal možnosť nahradiť jeden fyzikálny proces iným, ak sú opísané rovnakou rovnicou (princíp analógie pri modelovaní).
Akademik Michail Viktorovič Kirpichev (1879-1955) - špecialista v oblasti tepelného inžinierstva, vyvinul teóriu modelovania procesov v priemyselných zariadeniach - metódu lokálneho tepelného modelovania. Táto metóda umožnila reprodukciu javov pozorovaných vo veľkých priemyselných zariadeniach v laboratórnych podmienkach.
Lukyanov dokázal zovšeobecniť myšlienky veľkých vedcov: model je najvyšším stupňom vizualizácie matematickej pravdy. Po vykonaní výskumu a uistení sa, že zákony prúdenia vody a šírenia tepla sú do značnej miery podobné, dospel k záveru, že voda môže pôsobiť ako model tepelného procesu. V roku 1934 Lukyanov navrhol zásadne novú metódu mechanizácie výpočtov nestabilných procesov - metódu hydraulických analógií ao rok neskôr vytvoril model tepelnej hydrauliky na demonštráciu tejto metódy. Toto primitívne zariadenie, vyrobené zo strešnej liatiny, plechu a sklenených trubíc, úspešne vyriešilo problém skúmania teplotných podmienok betónu.
Jeho hlavnou jednotkou boli vertikálne hlavné plavidlá určitej kapacity, vzájomne prepojené rúrkami s premenlivými hydraulickými odpormi a spojené s pohyblivými plavidlami. Ich zdvíhanie a spúšťanie zmenilo tlak vody v hlavných plavidlách. Začatie alebo zastavenie procesu výpočtu sa uskutočnilo pomocou žeriavov so všeobecnou kontrolou.
V roku 1936 bol uvedený do prevádzky prvý počítačový stroj na riešenie čiastkových diferenciálnych rovníc Lukyanov, hydraulický integrátor.
Na vyriešenie problému na hydrointegrátore bolo potrebné:
1) vypracovať návrhovú schému skúmaného procesu;
2) na základe tohto diagramu spojte nádoby, stanovte a vyberte hodnoty hydraulického odporu rúrok;
3) vypočítať počiatočné hodnoty požadovanej hodnoty;
4) nakreslite graf zmien vonkajších podmienok modelového procesu.
Potom boli stanovené počiatočné hodnoty: hlavné a pohyblivé nádoby so zatvorenými kohútikmi boli naplnené vodou na vypočítané hladiny a označené na milimetrovom papieri pripevnenom za piezometrom (meracie skúmavky) - bola získaná určitá krivka. Potom sa všetky kohútiky súčasne otvorili a výskumný pracovník zmenil výšku pohyblivých ciev v súlade s harmonogramom zmien vonkajších podmienok simulovaného procesu. V tomto prípade sa tlak vody v hlavných nádobách menil podľa rovnakého zákona ako teplota. Hladiny kvapaliny v piezometroch sa zmenili, v pravý čas boli kohútiky zatvorené, zastavenie procesu a nové polohy hladín boli vyznačené na milimetrovom papieri. Na základe týchto značiek bol zostavený graf, ktorý bol riešením problému.
Schopnosti hydrointegrátora sa ukázali byť nezvyčajne široké a sľubné. V roku 1938 V. S. Lukovanov založil laboratórium hydraulických analógií, ktoré sa čoskoro stalo základnou organizáciou pre zavedenie metódy do národného hospodárstva krajiny. Štyridsať rokov bol hlavou tohto laboratória.
Hlavnou podmienkou rozsiahleho využívania metódy hydraulickej analógie bolo zlepšenie hydraulického integrátora. Vytvorenie dizajnu, ktorý je vhodný pre praktické použitie, umožnilo riešiť problémy rôznych typov - jednorozmerné, dvojrozmerné a trojrozmerné. Napríklad prietok vody v priamkových hraniciach je jednorozmerný tok. Dvojrozmerný pohyb sa pozoruje v oblastiach veľkých zátokov riek, v blízkosti ostrovov a polostrovov a podzemných vôd sa šíri v troch rozmeroch.
Prvý hydrointegrátor IG-1 bol navrhnutý na riešenie najjednoduchších - jednorozmerných - úloh. V roku 1941 bol navrhnutý dvojrozmerný hydraulický integrátor vo forme samostatných sekcií.
V roku 1949 bol nariadením Rady ministrov ZSSR v Moskve zriadený špeciálny inštitút „NIISCHETMASH“, ktorý získal výber a prípravu na sériovú výrobu nových modelov výpočtovej techniky. Jedným z prvých takýchto strojov bol hydrointegrátor. Šesť rokov tento inštitút vyvinul nový dizajn zo štandardných zjednotených blokov a v závode výpočtových a analytických strojov Ryazan začala sériová výroba výrobnou značkou IGL (integrátor hydraulického systému Lukyanov). Predtým boli v moskovskom závode výpočtových a analytických strojov (CAM) vybudované jednotlivé hydraulické integrátory. Počas výrobného procesu boli sekcie upravené tak, aby riešili trojrozmerné problémy.
V roku 1951 bola V. S. Lukovanov udelená Štátna cena za vytvorenie rodiny hydrointegrátorov.
Po organizácii hromadnej výroby sa integrátori začali vyvážať do zahraničia: do Československa, Poľska, Bulharska a Číny. Dostali však najväčšiu distribúciu v našej krajine. S ich pomocou sa vedecký výskum uskutočnil v osade Mirny, výpočtoch projektu Karakumského prieplavu a hlavnej cesty Bajkal-Amur. Hydrointegrátory sa úspešne používajú v stavebníctve baní, geológii, stavebnej tepelnej fyzike, metalurgii, raketovej technike a mnohých ďalších oblastiach.
Účinnosť metódy hydraulických analógií pri výrobe železobetónových blokov prvej vodnej elektrárne na svete z prefabrikátu - Saratovskej vodnej elektrárne im. Lenin Komsomol (1956-1970). Bolo potrebné vyvinúť výrobnú technológiu pre asi tri tisíce obrovských blokov s hmotnosťou do 200 ton. Bloky museli dozrieť rýchlo bez prasklín na výrobnej linke vo všetkých ročných obdobiach a okamžite sa nainštalovali na miesto. Veľmi zložité výpočty teplotného režimu, berúc do úvahy neustálu zmenu vlastností cementu a podmienok elektrického vykurovania, boli uskutočňované včas a v požadovanom objeme iba vďaka Lukyanovým hydrointegrátorom. Teoretické výpočty v kombinácii so skúškami na pilotnom mieste a vo výrobe umožnili vypracovať technológiu výrobných blokov bezchybnej kvality.
Prvé digitálne elektronické počítače (DECM), ktoré sa objavili na začiatku 50. rokov, nemohli konkurovať stroju na vodu. Hlavnými výhodami hydrointegrátora sú prehľadnosť procesu výpočtu, jednoduchosť návrhu a programovania. Počítače prvej a druhej generácie boli drahé, mali nízky výkon, malú veľkosť pamäte, obmedzenú množinu periférnych zariadení, slabo vyvinutý softvér a vyžadovali kvalifikovanú údržbu. Najmä problémy permafrostu sa ľahko a rýchlo vyriešili na hydrointegrátore a na počítači - s veľkými ťažkosťami. Okrem toho predbežné použitie metódy hydraulických analógií pomohlo sformulovať problém, navrhnúť spôsob počítačového programovania a dokonca ho ovládať, aby sa predišlo závažným chybám. V polovici 70. rokov boli hydraulické integrátory použité v 115 priemyselných, vedeckých a vzdelávacích organizáciách umiestnených v 40 mestách našej krajiny. Až na začiatku 80. rokov sa objavili malé, lacné digitálne počítače s vysokou rýchlosťou a pamäťovou kapacitou, ktoré úplne prekrývali možnosti hydrointegrátora.
V kolekcii analógových strojov Polytechnického múzea v Moskve sú predstavené dva hydrointegrátory Lukyanov. Sú to vzácne exponáty veľkej historickej hodnoty, pamiatky vedy a techniky. Originálne výpočtové zariadenia sú pre návštevníkov neustále zaujímavé a patria medzi najcennejšie exponáty výpočtového oddelenia.