Letterlijk nu leerde ik over een absoluut geweldig apparaat - een watercomputer. Lukyanovs hydraulische integrator - 's werelds eerste rekenmachine voor het oplossen van partiële differentiaalvergelijkingen - was gedurende een halve eeuw het enige rekenmiddel dat verband hield met een breed scala aan problemen in de wiskundige natuurkunde.
In 1936 creëerde hij een rekenmachine, waarin alle wiskundige bewerkingen werden uitgevoerd door stromend water. Heeft u hiervan gehoord?
De eerste hydro-integrator IG-1 is ontworpen om de meest eenvoudige - eendimensionale problemen op te lossen. In 1941 werd een tweedimensionale hydraulische integrator ontworpen in de vorm van afzonderlijke secties. Vervolgens werd de integrator aangepast om driedimensionale problemen op te lossen.
Na de organisatie van de massaproductie begonnen integratoren naar het buitenland te worden geëxporteerd: naar Tsjecho-Slowakije, Polen, Bulgarije en China. Maar ze kregen de grootste distributie in ons land. Met hun hulp werd wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd in de nederzetting "Mirny", berekeningen van het project van het Karakum-kanaal en de Baikal-Amur Mainline. Hydro-integratoren zijn met succes gebruikt in de mijnbouw, geologie, thermische bouwfysica, metallurgie, raketten en vele andere gebieden.
De eerste digitale elektronische computers (DECM) die in de vroege jaren 50 verschenen, konden niet concurreren met de "water" -machine. De belangrijkste voordelen van de hydro-integrator zijn de duidelijkheid van het rekenproces, eenvoud van ontwerp en programmering. Computers van de eerste en tweede generatie waren duur, presteerden slecht, hadden weinig geheugen, een beperkt aantal randapparatuur, slecht ontwikkelde software en vereiste gekwalificeerd onderhoud. Met name de problemen van permafrost konden gemakkelijk en snel worden opgelost op een hydro-integrator en op een computer - met grote problemen. Halverwege de jaren zeventig werden hydraulische integratoren gebruikt in 115 industriële, wetenschappelijke en educatieve organisaties in 40 steden van ons land. Pas begin jaren 80 verschenen kleine, goedkope,met digitale computers met hoge snelheid en geheugencapaciteit, die de mogelijkheden van de hydrointegrator volledig dekken.
En een beetje meer voor degenen die geïnteresseerd zijn in de details.
Promotie video:
De oprichting van de hydro-integrator werd gedicteerd door een complex technisch probleem waarmee de jonge specialist V. Lukyanov in het eerste jaar van zijn werk te maken kreeg.
Na zijn afstuderen aan het Moscow Institute of Railway Engineers (MIIT), werd Lukyanov gestuurd om de spoorwegen Troitsk-Orsk en Kartaly-Magnitnaya (nu Magnitogorsk) te bouwen.
In de jaren twintig en dertig was de aanleg van spoorwegen traag. De belangrijkste werktuigen waren een schop, een houweel en een kruiwagen, en uitgraven en betonneren werd alleen in de zomer uitgevoerd. Maar de kwaliteit van het werk bleef nog steeds laag, er verschenen scheuren - de plaag van constructies van gewapend beton.
Lukyanov raakte geïnteresseerd in de oorzaken van scheuren in beton. Zijn aanname over hun temperatuuroorsprong stuit op scepsis van experts. De jonge ingenieur begint temperatuurregimes in betonmetselwerk te onderzoeken, afhankelijk van de samenstelling van het beton, het gebruikte cement, de technologie van het werk en de externe omstandigheden. De verdeling van warmtefluxen wordt beschreven door complexe relaties tussen temperatuur en betoneigenschappen die in de loop van de tijd veranderen. Deze relaties worden uitgedrukt door de zogenaamde partiële differentiaalvergelijkingen. De rekenmethoden die toen bestonden (1928) konden echter geen snelle en nauwkeurige oplossing bieden.
Op zoek naar manieren om het probleem op te lossen, wendt Lukyanov zich tot het werk van wiskundigen en ingenieurs. Hij vindt de juiste richting in het werk van vooraanstaande Russische wetenschappers - academici A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky en M. V. Kirpichev.
Scheepsbouwingenieur, monteur, natuurkundige en wiskundige Academicus Alexei Nikolajevitsj Krylov (1863-1945) bouwde eind 1910 een unieke mechanische analoge rekenmachine - een differentiaalintegrator voor het oplossen van gewone differentiaalvergelijkingen van de 4e orde.
Academicus Nikolai Nikolajevitsj Pavlovsky (1884-1937) hield zich bezig met hydraulica. In 1918 bewees hij de mogelijkheid om het ene fysische proces door het andere te vervangen als ze door dezelfde vergelijking worden beschreven (het principe van analogie bij het modelleren).
Academicus Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) - een specialist op het gebied van warmtetechniek, ontwikkelde de theorie van het modelleren van processen in industriële installaties - de methode van lokale thermische modellering. De methode maakte het mogelijk om de verschijnselen die in grote industriële faciliteiten werden waargenomen onder laboratoriumomstandigheden te reproduceren.
Lukyanov was in staat om de ideeën van grote wetenschappers te generaliseren: een model is de hoogste graad van visualisatie van wiskundige waarheid. Na onderzoek te hebben gedaan en ervoor te zorgen dat de wetten van waterstroom en warmtevoortplanting grotendeels gelijk zijn, concludeerde hij dat water kan dienen als een model van het thermische proces. In 1934 stelde Lukyanov een fundamenteel nieuwe methode voor om de berekeningen van onstabiele processen te mechaniseren - de methode van hydraulische analogieën, en een jaar later creëerde hij een thermisch hydraulisch model om de methode te demonstreren. Dit primitieve apparaat, gemaakt van dakbedekkingsijzer, plaatstaal en glazen buizen, loste met succes het probleem op van het bestuderen van de temperatuuromstandigheden van beton.
De hoofdeenheid bestond uit verticale hoofdvaten met een bepaalde capaciteit, onderling verbonden door buizen met variabele hydraulische weerstanden en verbonden met beweegbare vaten. Door ze omhoog en omlaag te brengen, veranderden ze de waterdruk in de hoofdvaten. Het starten of stoppen van het rekenproces werd uitgevoerd door kranen met algemene controle.
In 1936 werd 's werelds eerste computer voor het oplossen van partiële differentiaalvergelijkingen, de hydraulische integrator van Lukyanov, in gebruik genomen.
Om het probleem met de hydrointegrator op te lossen, was het nodig:
1) maak een ontwerpschema van het te bestuderen proces;
2) sluit op basis van dit diagram de vaten aan, bepaal en selecteer de waarden van de hydraulische weerstand van de buizen;
3) bereken de beginwaarden van de vereiste waarde;
4) teken een grafiek van veranderingen in de externe omstandigheden van het gemodelleerde proces.
Daarna werden de beginwaarden vastgesteld: de hoofd- en beweegbare vaten met gesloten kranen werden gevuld met water tot de berekende niveaus en gemarkeerd op ruitjespapier bevestigd achter piëzometers (meetbuizen) - er werd een soort curve verkregen. Vervolgens werden alle kranen tegelijkertijd geopend en veranderde de onderzoeker de hoogte van de beweegbare vaten in overeenstemming met het schema van veranderingen in de externe omstandigheden van het gesimuleerde proces. In dit geval varieerde de waterdruk in de hoofdvaten volgens dezelfde wet als de temperatuur. De vloeistofniveaus in de piëzometers veranderden, op het juiste moment werden de kranen gesloten, waardoor het proces stopte, en de nieuwe posities van de niveaus werden gemarkeerd op ruitjespapier. Op basis van deze markeringen werd een grafiek gemaakt die de oplossing voor het probleem was.
De mogelijkheden van de hydrointegrator bleken buitengewoon breed en veelbelovend. In 1938 richtte V. S. Luuk'yanov een laboratorium van hydraulische analogieën op, dat al snel de basisorganisatie werd voor de introductie van de methode in de nationale economie van het land. Hij bleef veertig jaar het hoofd van dit laboratorium.
De belangrijkste voorwaarde voor het wijdverbreide gebruik van de hydraulische analogiemethode was de verbetering van de hydraulische integrator. Het creëren van een ontwerp dat handig is in de praktische toepassing, maakte het mogelijk om verschillende soorten problemen op te lossen - eendimensionaal, tweedimensionaal en driedimensionaal. De stroming van water in rechtlijnige grenzen is bijvoorbeeld een eendimensionale stroming. Tweedimensionale beweging wordt waargenomen in gebieden met grote rivierbochten, nabij eilanden en schiereilanden, en grondwater verspreidt zich in drie dimensies.
De eerste hydro-integrator IG-1 is ontworpen om de meest eenvoudige - eendimensionale - taken op te lossen. In 1941 werd een tweedimensionale hydraulische integrator ontworpen in de vorm van afzonderlijke secties.
In 1949 werd bij decreet van de Raad van Ministers van de USSR een speciaal instituut "NIISCHETMASH" opgericht in Moskou, dat werd geselecteerd en voorbereid voor serieproductie van nieuwe modellen van computertechnologie. Een van de eerste dergelijke machines was de hydrointegrator. Zes jaar lang heeft het instituut een nieuw ontwerp ervan ontwikkeld op basis van uniforme standaardblokken, en in de Ryazan-fabriek van reken- en analytische machines begon hun serieproductie met het fabrieksmerk IGL (Lukyanovs hydraulische systeemintegrator). Eerder werden enkele hydraulische integratoren gebouwd in de fabriek van reken- en analytische machines (CAM) in Moskou. Tijdens het productieproces werden de secties aangepast om driedimensionale problemen op te lossen.
In 1951 ontving VS Lukyanov de staatsprijs voor de oprichting van een familie van hydro-integratoren.
Na de organisatie van de massaproductie begonnen integratoren naar het buitenland te worden geëxporteerd: naar Tsjecho-Slowakije, Polen, Bulgarije en China. Maar ze kregen de grootste distributie in ons land. Met hun hulp werd wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd in de nederzetting "Mirny", berekeningen van het project van het Karakum-kanaal en de Baikal-Amur Mainline. Hydro-integratoren zijn met succes gebruikt in de mijnbouw, geologie, thermische bouwfysica, metallurgie, raketten en vele andere gebieden.
De effectiviteit van de methode van hydraulische analogieën bij de vervaardiging van blokken van gewapend beton van 's werelds eerste waterkrachtcentrale uit geprefabriceerd beton - de waterkrachtcentrale van Saratov im. Lenin Komsomol (1956-1970). Het was nodig om een fabricagetechnologie te ontwikkelen voor ongeveer drieduizend enorme blokken met een gewicht tot 200 ton. De blokken moesten snel rijpen zonder in alle seizoenen op de productielijn te barsten en onmiddellijk op hun plaats worden geïnstalleerd. Zeer complexe berekeningen van het temperatuurregime, rekening houdend met de voortdurende verandering in de eigenschappen van verhardingsbeton en de omstandigheden van elektrische verwarming, werden tijdig en in het vereiste volume gemaakt dankzij de hydro-integratoren van Lukyanov. Theoretische berekeningen in combinatie met tests op een pilootsite en in de productie lieten toe om de technologie uit te werken om blokken van onberispelijke kwaliteit te maken.
De eerste digitale elektronische computers (DECM) die in de vroege jaren 50 verschenen, konden niet concurreren met de "water" -machine. De belangrijkste voordelen van de hydro-integrator zijn de duidelijkheid van het rekenproces, eenvoud van ontwerp en programmering. Computers van de eerste en tweede generatie waren duur, presteerden slecht, hadden weinig geheugen, een beperkt aantal randapparatuur, slecht ontwikkelde software en vereiste gekwalificeerd onderhoud. Met name de problemen van permafrost konden gemakkelijk en snel worden opgelost op een hydro-integrator en op een computer - met grote problemen. Bovendien hielp de voorafgaande toepassing van de methode van hydraulische analogieën om het probleem te formuleren, de manier van computerprogrammering voor te stellen en zelfs te beheersen om grove fouten te voorkomen. Halverwege de jaren zeventig werden hydraulische integratoren gebruikt in 115 industriële, wetenschappelijke en educatieve organisaties in 40 steden van ons land. Pas aan het begin van de jaren 80 verschenen kleine, goedkope digitale computers met hoge snelheid en geheugencapaciteit, die de mogelijkheden van de hydro-integrator volledig overlapten.
Twee Lukyanov-hydro-integratoren worden gepresenteerd in de verzameling analoge machines van het Polytechnisch Museum in Moskou. Dit zijn zeldzame tentoonstellingen van grote historische waarde, monumenten van wetenschap en technologie. Originele computerapparatuur is van constant belang voor bezoekers en behoort tot de meest waardevolle tentoonstellingen op de computerafdeling.
