Bokstavelig talt akkurat nå lærte jeg om et helt fantastisk apparat - en vanncomputer. Lukyanovs hydrauliske integrator - verdens første datamaskin for å løse partielle differensialligninger - var i et halvt århundre det eneste middelet til databehandling knyttet til en lang rekke problemer i matematisk fysikk.
I 1936 opprettet han en kalkuleringsmaskin, der alle matematiske operasjoner ble utført av rennende vann. Har du hørt om dette?
Den første hydrointegratoren IG-1 ble designet for å løse de mest enkle - endimensjonale problemene. I 1941 ble en todimensjonal hydraulisk integrator designet i form av separate seksjoner. Deretter ble integratoren modifisert for å løse tredimensjonale problemer.
Etter organisasjonen av masseproduksjon begynte integratorer å bli eksportert til utlandet: til Tsjekkoslovakia, Polen, Bulgaria og Kina. Men de fikk den største utbredelsen i landet vårt. Med deres hjelp ble det utført vitenskapelig forskning i bosettingen "Mirny", beregninger av prosjektet til Karakum-kanalen og Baikal-Amur Mainline. Hydrointegratorer er blitt brukt med suksess i gruvekonstruksjon, geologi, termisk fysikk, metallurgi, rakett og mange andre områder.
De første digitale elektroniske datamaskinene (DECM) som dukket opp på begynnelsen av 50-tallet, kunne ikke konkurrere med "vann" -maskinen. De viktigste fordelene med hydrointegratoren er klarheten i beregningsprosessen, enkel design og programmering. Datamaskiner fra første og andre generasjon var dyre, hadde lav ytelse, liten minne størrelse, begrenset sett med perifert utstyr, dårlig utviklet programvare og krevde kvalifisert vedlikehold. Spesielt ble problemene med permafrost lett og raskt løst på en hydrointegrator og på en datamaskin - med store vanskeligheter. På midten av 1970-tallet ble hydrauliske integratorer brukt i 115 industrielle, vitenskapelige og utdanningsorganisasjoner som ligger i 40 byer i vårt land. Først på begynnelsen av 80-tallet gjorde små, billige,med høy hastighet og minnekapasitet digitale datamaskiner, som fullstendig dekker mulighetene til hydrointegratoren.
Og litt mer for de som er interessert i detaljene.
Salgsfremmende video:
Opprettelsen av hydrointegratoren ble diktert av et komplekst teknisk problem, som den unge spesialisten V. Lukyanov sto overfor i det første året av arbeidet.
Etter uteksaminering fra Moskva institutt for jernbaneingeniører (MIIT), ble Lukyanov sendt til byggingen av jernbanene Troitsk-Orsk og Kartaly-Magnitnaya (nå Magnitogorsk).
På 1920- og 1930-tallet gikk byggingen av jernbaner treg. De viktigste arbeidsverktøyene var en spade, en pickaxe og en trillebår, og utgraving og betong ble bare utført om sommeren. Men kvaliteten på arbeidet forble fortsatt lav, det dukket opp sprekker - svøpet av armerte betongkonstruksjoner.
Lukyanov ble interessert i årsakene til sprekker i betong. Hans antagelse om deres temperaturopprinnelse blir møtt med skepsis fra eksperter. Den unge ingeniøren begynner å forske på temperaturregimer i betongmurer, avhengig av sammensetningen av betongen, sementen som brukes, teknologien til arbeid og ytre forhold. Fordelingen av varmeflukser er beskrevet av komplekse forhold mellom temperatur og betongegenskaper som endrer seg over tid. Disse forholdene kommer til uttrykk ved de såkalte partielle differensiallikningene. Beregningsmetodene som eksisterte på den tiden (1928) kunne imidlertid ikke gi en rask og nøyaktig løsning.
På leting etter måter å løse problemet vender Lukyanov seg til arbeidene til matematikere og ingeniører. Han finner den rette retningen i verkene til fremragende russiske forskere - akademikere A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky og M. V. Kirpichev.
Skipsbyggingsingeniør, mekaniker, fysiker og matematiker Akademiker Alexei Nikolaevich Krylov (1863-1945) på slutten av 1910 bygde en unik mekanisk analog datamaskin - en differensialintegrator for å løse ordinære differensialligninger av 4. orden.
Akademikeren Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) tok for seg hydraulikk. I 1918 beviste han muligheten for å erstatte en fysisk prosess med en annen hvis de blir beskrevet av den samme ligningen (prinsippet om analogi i modellering).
Akademikeren Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) - en spesialist innen varmeteknikk, utviklet teorien om modelleringsprosesser i industrielle installasjoner - metoden for lokal termisk modellering. Metoden gjorde det mulig å reprodusere fenomenene observert ved store industrianlegg under laboratorieforhold.
Lukyanov var i stand til å generalisere ideene til store forskere: en modell er den høyeste grad av visualisering av matematisk sannhet. Etter å ha forsket og sørget for at lovene om vannføring og varmeutbredelse stort sett er like, konkluderte han med at vann kan fungere som en modell for den termiske prosessen. I 1934 foreslo Lukyanov en grunnleggende ny metode for å mekanisere beregningene av ustabile prosesser - metoden for hydrauliske analogier, og et år senere opprettet en termisk hydraulisk modell for å demonstrere metoden. Denne primitive enheten, laget av takjern, plater og glassrør, løste vellykket problemet med å studere temperaturforholdene til betong.
Dets hovedenhet var vertikale hovedfartøyer med en viss kapasitet, sammenkoblet av rør med variabel hydraulisk motstand og koblet til bevegelige fartøy. Ved å heve og senke dem, endret de vanntrykket i hovedfartøyene. Start eller stopp av beregningsprosessen ble utført av kraner med generell kontroll.
I 1936 ble verdens første datamaskin for å løse partielle differensialligninger, Lukyanovs hydrauliske integrator, satt i drift.
For å løse problemet på hydrointegratoren var det nødvendig:
1) utarbeide et designskjema over prosessen som studeres;
2) basert på dette diagrammet, koble karene, bestem og velg verdiene for den hydrauliske motstanden til rørene;
3) beregne startverdiene til den nødvendige verdien;
4) tegne en graf over endringer i de ytre forholdene i den modellerte prosessen.
Etter dette ble de opprinnelige verdiene satt: hoved- og bevegelige kar med lukkede kraner ble fylt med vann til de beregnede nivåene og merket på grafikkpapir festet bak piezometre (målerør) - en slags kurve ble oppnådd. Deretter ble alle kranene åpnet samtidig, og forskeren endret høyden på de bevegelige fartøyene i samsvar med planen for endringer i de ytre forholdene i den simulerte prosessen. I dette tilfellet varierte vanntrykket i hovedkarene i henhold til samme lov som temperaturen. Væskenivåene i piezometrene endret seg, til rett tid ble kranene lukket, stoppet prosessen, og de nye posisjonene til nivåene ble merket på grafikkpapir. Basert på disse merkene ble det laget en graf som var løsningen på problemet.
Mulighetene til hydrointegratoren viste seg å være uvanlig bred og lovende. I 1938 grunnla V. S. Luk'yanov et laboratorium med hydrauliske analogier, som snart ble den grunnleggende organisasjonen for å innføre metoden i den nasjonale økonomien i landet. Han forble sjefen for dette laboratoriet i førti år.
Hovedbetingelsen for den utbredte bruken av den hydrauliske analogimetoden var forbedringen av den hydrauliske integratoren. Opprettelsen av et design som er praktisk i praktisk anvendelse, gjorde det mulig å løse problemer av forskjellige typer - endimensjonal, todimensjonal og tredimensjonal. For eksempel er vannstrømmen i rettlinjede grenser en endimensjonal strømning. Todimensjonal bevegelse observeres i områder med store elvekanter, nær øyer og halvøyer, og grunnvannsspredning i tre dimensjoner.
Den første hydrointegratoren IG-1 ble designet for å løse de mest enkle - endimensjonale - oppgavene. I 1941 ble en todimensjonal hydraulisk integrator designet i form av separate seksjoner.
I 1949 ble det ved et dekret fra Ministerrådet for Sovjetunionen opprettet et spesielt institutt "NIISCHETMASH" i Moskva, som man fikk utvalgt og forberedt for serieproduksjon av nye modeller av datateknologi. En av de første slike maskiner var hydrointegratoren. I seks år har instituttet utviklet en ny design av den fra standard enhetlige blokker, og på Ryazan-anlegget for beregnings- og analysemaskiner begynte serieproduksjonen deres med fabrikkmerket IGL (integrator av Lukyanovs hydrauliske system). Tidligere ble en enkelt hydraulisk integrator bygget ved Moskva-anlegget for beregnings- og analysemaskiner (CAM). Under produksjonsprosessen ble seksjonene modifisert for å løse tredimensjonale problemer.
I 1951 ble V. S. Lukyanov tildelt statsprisen for opprettelsen av en familie av hydrointegratorer.
Etter organisasjonen av masseproduksjon begynte integratorer å bli eksportert til utlandet: til Tsjekkoslovakia, Polen, Bulgaria og Kina. Men de fikk den største utbredelsen i landet vårt. Med deres hjelp ble det utført vitenskapelig forskning i bosettingen "Mirny", beregninger av prosjektet til Karakum-kanalen og Baikal-Amur Mainline. Hydrointegratorer er blitt brukt med suksess i gruvekonstruksjon, geologi, termisk fysikk, metallurgi, rakett og mange andre områder.
Effektiviteten av metoden for hydrauliske analogier i produksjonen av armert betongblokker av verdens første vannkraftverk fra ferdigbetong - Saratov vannkraftverk im. Lenin Komsomol (1956-1970). Det ble pålagt å utvikle en produksjonsteknologi for rundt tre tusen enorme blokker som veide opptil 200 tonn. Blokkene måtte modnes raskt uten å sprekke på produksjonslinjen i alle årstider og umiddelbart installeres på plass. Svært komplekse beregninger av temperaturregimet, med hensyn til den kontinuerlige endringen i egenskapene til herdebetong og betingelsene for elektrisk oppvarming, ble gjort på en rettidig måte og i det nødvendige volumet bare takket være Lukyanovs hydrointegratorer. Teoretiske beregninger i kombinasjon med tester på et pilotsted og i produksjon tillot å utarbeide teknologien til produksjonsblokker av upåklagelig kvalitet.
De første digitale elektroniske datamaskinene (DECM) som dukket opp på begynnelsen av 50-tallet, kunne ikke konkurrere med "vann" -maskinen. De viktigste fordelene med hydrointegratoren er klarheten i beregningsprosessen, enkel design og programmering. Datamaskiner fra første og andre generasjon var dyre, hadde lav ytelse, liten minne størrelse, begrenset sett med perifert utstyr, dårlig utviklet programvare og krevde kvalifisert vedlikehold. Spesielt ble problemene med permafrost lett og raskt løst på en hydrointegrator og på en datamaskin - med store vanskeligheter. Videre bidro den foreløpige bruken av metoden for hydrauliske analogier til å formulere problemet, antyde datamaskinprogrammering og til og med kontrollere det for å unngå grove feil. På midten av 1970-tallet ble hydrauliske integratorer brukt i 115 industrielle, vitenskapelige og utdanningsorganisasjoner som ligger i 40 byer i vårt land. Først på begynnelsen av 80-tallet dukket det opp små, billige digitale datamaskiner med høy hastighet og minnekapasitet, som fullstendig overlapper mulighetene til hydrointegratoren.
To Lukyanov-hydrointegratorer blir presentert i samlingen av analoge maskiner fra Polytechnic Museum i Moskva. Dette er sjeldne utstillinger med stor historisk verdi, vitenskapelige og teknologiske monumenter. Originale dataenheter er av konstant interesse for besøkende og er blant de mest verdifulle utstillingene i databehandlingsavdelingen.
