Bokstavligen just nu lärde jag mig en helt fantastisk enhet - en vattendator. Lukyanovs hydrauliska integrator - världens första datormaskin för att lösa partiella differentiella ekvationer - i ett halvt sekel var det enda datormediet förknippat med ett stort antal problem i matematisk fysik.
1936 skapade han en beräkningsmaskin där alla matematiska operationer utfördes med strömmande vatten. Har du hört talas om detta?
Den första hydrointegratorn IG-1 designades för att lösa de mest enkla - endimensionella problemen. 1941 designades en tvådimensionell hydraulisk integrator i form av separata sektioner. Därefter modifierades integratorn för att lösa tredimensionella problem.
Efter organisationen av massproduktion började exportörer exporteras utomlands: till Tjeckoslowakien, Polen, Bulgarien och Kina. Men de fick den största distributionen i vårt land. Med deras hjälp genomfördes vetenskaplig forskning i bosättningen "Mirny", beräkningar av projektet av Karakumkanalen och Baikal-Amur Mainline. Hydrointegratorer har framgångsrikt använts inom gruvkonstruktion, geologi, termisk fysik, metallurgi, raketry och många andra områden.
De första digitala elektroniska datorerna (DECM) som dök upp i början av 50-talet kunde inte tävla med "vatten" -maskinen. De viktigaste fördelarna med hydrointegratorn är klarheten i beräkningsprocessen, enkel design och programmering. Datorer från första och andra generationen var dyra, hade låg prestanda, liten minnesstorlek, begränsad uppsättning kringutrustning, dåligt utvecklad programvara och krävde kvalificerat underhåll. Särskilt löstes problemen med permafrost lätt och snabbt på en hydrointegrator och på en dator - med stora svårigheter. I mitten av 1970-talet användes hydrauliska integratorer i 115 industriella, vetenskapliga och utbildningsorganisationer i 40 städer i vårt land. Först i början av 80-talet gjorde små, billiga,med digitala datorer med hög hastighet och minneskapacitet, som helt täcker hydrointegratorns funktioner.
Och lite mer för de som är intresserade av detaljerna.
Kampanjvideo:
Skapandet av hydrointegratorn dikterades av ett komplicerat teknikproblem, som den unga specialisten V. Lukyanov mötte under det första arbetsåret.
Efter examen från Moskva institutet för järnvägsingenjörer (MIIT) skickades Lukyanov till byggandet av järnvägarna Troitsk-Orsk och Kartaly-Magnitnaya (nu Magnitogorsk).
Under 1920- och 1930-talet var byggandet av järnvägar långsamt. De viktigaste arbetsverktygen var en spade, en pickaxe och en skottkärra, och utgrävning och betong utfördes endast på sommaren. Men kvaliteten på arbetet var fortfarande låg, sprickor dök upp - plågan av armerad betongkonstruktion.
Lukyanov blev intresserad av orsakerna till sprickor i betong. Hans antagande om deras temperaturuppkomst möts med skepsis från experter. Den unga ingenjören börjar undersöka temperaturregimer i betongsmurning, beroende på betongens sammansättning, den cement som används, arbetets teknik och yttre förhållanden. Fördelningen av värmeflöden beskrivs genom komplexa förhållanden mellan temperatur och betongegenskaper som förändras över tid. Dessa relationer uttrycks av de så kallade partiella differentiella ekvationerna. De beräkningsmetoder som fanns vid den tiden (1928) kunde emellertid inte ge en snabb och korrekt lösning.
På jakt efter sätt att lösa problemet vänder sig Lukyanov till matematiker och ingenjörers verk. Han finner rätt riktning i verk av enastående ryska forskare - akademiker A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky och M. V. Kirpichev.
Skeppsbyggnadsingenjör, mekaniker, fysiker och matematiker Akademiker Alexei Nikolaevich Krylov (1863-1945) byggde i slutet av 1910 en unik mekanisk analog datormaskin - en differentiell integrator för att lösa vanliga differentiella ekvationer i fjärde ordningen.
Akademikern Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) handlade om hydraulik. 1918 bevisade han möjligheten att ersätta en fysisk process med en annan om de beskrivs av samma ekvation (principen om analogi i modellering).
Akademiker Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) - en specialist inom värmeteknik, utvecklade teorin om modelleringsprocesser i industriella installationer - metoden för lokal termisk modellering. Metoden gjorde det möjligt att reproducera fenomen som observerats vid stora industriella anläggningar under laboratorieförhållanden.
Lukyanov kunde generalisera idéerna från stora forskare: en modell är den högsta grad av visualisering av matematisk sanning. Efter att ha bedrivit forskning och säkerställt att lagarna om vattenflöde och värmeförökning i stort sett liknar, drog han slutsatsen att vatten kan fungera som en modell för den termiska processen. 1934 föreslog Lukyanov en grundläggande ny metod för att mekanisera beräkningarna av ostadiga processer - metoden för hydrauliska analogier, och ett år senare skapade en termisk hydraulisk modell för att demonstrera metoden. Denna primitiva anordning, tillverkad av takjärn, plåt och glasrör, löste framgångsrikt problemet med att studera temperaturbetingelserna för betong.
Huvudenheten var vertikala huvudfartyg med en viss kapacitet, sammankopplade av rör med varierande hydraulmotstånd och anslutna till rörliga fartyg. Genom att höja och sänka dem ändrade de vattentrycket i huvudkärlen. Start eller stopp av beräkningsprocessen utfördes av kranar med allmän kontroll.
1936 sattes världens första datormaskin för att lösa partiella differentiella ekvationer, Lukyanovs hydrauliska integrator, i drift.
För att lösa problemet på hydrointegratorn var det nödvändigt:
1) upprätta ett designdiagram över processen som studeras;
2) baserat på detta diagram, anslut kärlen, bestäm och välj värdena på rörens hydrauliska motstånd;
3) beräkna initialvärdena för det önskade värdet;
4) Rita en graf över förändringar i de externa villkoren för den modellerade processen.
Därefter inställdes de initiala värdena: de huvudsakliga och rörliga kärlen med stängda kranar fylldes med vatten till de beräknade nivåerna och markerade på grafpapper fäst bakom piezometern (mätrör) - en slags kurva erhölls. Sedan öppnades samtliga kranar samtidigt och forskaren ändrade höjden på de rörliga fartygen i enlighet med schemat för förändringar i de yttre förhållandena i den simulerade processen. I detta fall varierade vattentrycket i huvudkärlen enligt samma lag som temperaturen. Vätskenivåerna i piezometrarna ändrades, vid rätt tillfälle var kranarna stängda, vilket stoppade processen och nivåernas nya positioner markerades på grafpapper. Dessa märken användes för att skapa en graf, som var lösningen på problemet.
Hydrointegratorns kapacitet visade sig vara ovanligt bred och lovande. 1938 grundade V. S. Luk'yanov ett laboratorium med hydrauliska analogier, som snart blev den grundläggande organisationen för att införa metoden i landets nationella ekonomi. Han var chef för detta laboratorium i fyrtio år.
Huvudvillkoren för den utbredda användningen av den hydrauliska analogimetoden var förbättringen av den hydrauliska integratorn. Skapandet av en design som är bekväm i praktisk tillämpning gjorde det möjligt att lösa problem av olika slag - endimensionell, tvådimensionell och tredimensionell. Till exempel är vattenflödet i rätlinjiga gränser ett endimensionellt flöde. Två-dimensionell rörelse observeras i områden med stora flodkronor, nära öar och halvöar, och grundvatten sprider sig i tre dimensioner.
Den första hydrointegratorn IG-1 designades för att lösa de mest enkla - endimensionella - uppgifterna. 1941 designades en tvådimensionell hydraulisk integrator i form av separata sektioner.
1949, genom ett dekret från ministerrådet för Sovjetunionen, inrättades ett speciellt institut "NIISCHETMASH" i Moskva, för vilket man valde och förberedde sig för serieproduktion av nya modeller av datorteknologi. En av de första sådana maskinerna var hydrointegratorn. Under sex år utvecklade institutet en ny design av det från standardförenade block och vid Ryazan-anläggningen för beräkning och analysmaskiner började deras serieproduktion med fabriksmärket IGL (integrator av Lukyanovs hydraulsystem). Tidigare byggdes enskilda hydrauliska integratorer vid Moskva-anläggningen för beräkning och analysmaskiner (CAM). Under produktionsprocessen modifierades sektionerna för att lösa tredimensionella problem.
1951 tilldelades V. S. Lukyanov statspriset för skapandet av en familj av hydrointegratorer.
Efter organisationen av massproduktion började exportörer exporteras utomlands: till Tjeckoslowakien, Polen, Bulgarien och Kina. Men de fick den största distributionen i vårt land. Med deras hjälp genomfördes vetenskaplig forskning i bosättningen "Mirny", beräkningar av projektet av Karakumkanalen och Baikal-Amur Mainline. Hydrointegratorer har framgångsrikt använts inom gruvkonstruktion, geologi, termisk fysik, metallurgi, raketry och många andra områden.
Effektiviteten av metoden för hydrauliska analogier vid tillverkning av armerad betongblock i världens första vattenkraftverk från förbehandlad betong - Saratovs vattenkraftverk im. Lenin Komsomol (1956-1970). Det var nödvändigt att utveckla en tillverkningsteknologi för cirka tre tusen enorma block som väger upp till 200 ton. Blocken måste mogna snabbt utan att spricka på produktionslinjen under alla säsonger och installeras omedelbart på plats. Mycket komplicerade beräkningar av temperaturregimen, med hänsyn till den ständiga förändringen i egenskaperna hos härdande betong och förhållandena för elektrisk uppvärmning, gjordes i tid och i den erforderliga volymen endast tack vare Lukyanovs hydrointegratorer. Teoretiska beräkningar i kombination med tester på en pilotplats och i produktionen tillät utarbeta tekniken för tillverkningsblock av oklanderlig kvalitet.
De första digitala elektroniska datorerna (DECM) som dök upp i början av 50-talet kunde inte tävla med "vatten" -maskinen. De viktigaste fördelarna med hydrointegratorn är klarheten i beräkningsprocessen, enkel design och programmering. Datorer från första och andra generationen var dyra, hade låg prestanda, liten minnesstorlek, begränsad uppsättning kringutrustning, dåligt utvecklad programvara och krävde kvalificerat underhåll. Särskilt löstes problemen med permafrost lätt och snabbt på en hydrointegrator och på en dator - med stora svårigheter. Dessutom hjälpte den preliminära tillämpningen av metoden för hydrauliska analogier att formulera problemet, föreslå sättet för datorprogrammering och till och med kontrollera det för att undvika grova fel. I mitten av 1970-talet användes hydrauliska integratorer i 115 industriella, vetenskapliga och utbildningsorganisationer i 40 städer i vårt land. Först i början av 80-talet verkade små, billiga digitala datorer med hög hastighet och minneskapacitet, vilket helt överlappade hydrointegratorns kapacitet.
Två Lukyanov-hydrointegratorer presenteras i samlingen av analoga maskiner från Polytechnic Museum i Moskva. Dessa är sällsynta utställningar med stort historiskt värde, monument för vetenskap och teknik. Ursprungliga datorenheter är av ständigt intresse för besökare och är bland de mest värdefulla utställningarna i datoravdelningen.