Doslova právě teď jsem se dozvěděl o naprosto úžasném zařízení - vodním počítači. Lukyanovův hydraulický integrátor - první počítačový stroj na světě pro řešení parciálních diferenciálních rovnic - byl půl století jediným prostředkem pro výpočetní techniku spojeným s celou řadou problémů matematické fyziky.
V roce 1936 vytvořil počítací stroj, ve kterém byly všechny matematické operace prováděny proudící vodou. Už jste o tom slyšeli?
První hydrointegrátor IG-1 byl navržen k řešení nejjednodušších - jednorozměrných problémů. V roce 1941 byl navržen dvourozměrný hydraulický integrátor ve formě samostatných sekcí. Následně byl integrátor upraven pro řešení trojrozměrných problémů.
Po organizaci hromadné výroby se integrátoři začali vyvážet do zahraničí: do Československa, Polska, Bulharska a Číny. Ale oni dostali největší distribuci v naší zemi. S jejich pomocí byl proveden vědecký výzkum v osadě Mirny, výpočty projektu Karakumského průplavu a hlavní linie Bajkal-Amur. Hydrointegrátory byly úspěšně použity v těžbě, geologii, stavební tepelné fyzice, metalurgii, raketě a v mnoha dalších oblastech.
První digitální elektronické počítače (DECM), které se objevily na počátku 50. let, nemohly konkurovat stroji na vodu. Hlavními výhodami hydrointegrátoru jsou přehlednost procesu výpočtu, jednoduchost návrhu a programování. Počítače první a druhé generace byly drahé, měly nízký výkon, malou velikost paměti, omezenou sadu periferních zařízení, špatně vyvinutý software a vyžadovaly kvalifikovanou údržbu. Zejména problémy permafrostu byly snadno a rychle vyřešeny na hydrointegrátoru a na počítači - s velkými obtížemi. V polovině 70. let byly hydraulické integrátory použity ve 115 průmyslových, vědeckých a vzdělávacích organizacích, které se nacházejí ve 40 městech naší země. Teprve na začátku 80. let se malé, levné,s digitálními počítači s vysokou rychlostí a kapacitou paměti, které zcela pokrývají možnosti hydrointegrátoru.
A trochu více pro ty, kteří se zajímají o podrobnosti.
Propagační video:
Vytvoření hydrointegrátoru bylo diktováno složitým technickým problémem, kterému čelil mladý odborník V. Lukyanov v prvním roce práce.
Po ukončení Moskevského institutu železničních inženýrů (MIIT) byl Lukyanov poslán na výstavbu železnic Troitsk-Orsk a Kartaly-Magnitnaya (nyní Magnitogorsk).
Ve 20. a 30. letech byla výstavba železnic pomalá. Hlavními pracovními nástroji byly lopata, krumpáč a kolečko a výkopy a betonování byly prováděny pouze v létě. Ale kvalita práce byla stále nízká, objevily se trhliny - pohroma železobetonových konstrukcí.
Lukyanov se začal zajímat o příčiny trhlin v betonu. Jeho předpoklad o jejich teplotním původu se setkal se skepticismem odborníků. Mladý inženýr začíná zkoumat teplotní režimy v betonovém zdivu v závislosti na složení betonu, použitém cementu, technologii práce a vnějších podmínkách. Rozložení tepelných toků je popsáno složitými vztahy mezi teplotou a vlastnostmi betonu, které se v průběhu času mění. Tyto vztahy jsou vyjádřeny tzv. Parciálními diferenciálními rovnicemi. Metody výpočtu, které v té době existovaly (1928), však nemohly poskytnout rychlé a přesné řešení.
Při hledání způsobů, jak problém vyřešit, se Lukyanov obrací k práci matematiků a techniků. V dílech vynikajících ruských vědců - akademiků A. N. Krylova, N. N. Pavlovského a M. V. Kirpicheva najde správný směr.
Stavitel lodí, mechanik, fyzik a matematik Akademik Aleksey Nikolaevič Krylov (1863-1945) na konci roku 1910 postavil unikátní mechanický analogový počítač - diferenciální integrátor pro řešení obyčejných diferenciálních rovnic 4. řádu.
Akademik Nikolai Nikolaevič Pavlovský (1884-1937) se zabýval hydraulikou. V roce 1918 prokázal možnost nahradit jeden fyzický proces jiným, pokud jsou popsány stejnou rovnicí (princip analogie v modelování).
Akademik Michail Viktorovič Kirpichev (1879-1955) - specialista v oblasti tepelného inženýrství, vyvinul teorii modelování procesů v průmyslových zařízeních - metodu místního tepelného modelování. Tato metoda umožnila reprodukovat jevy pozorované ve velkých průmyslových zařízeních v laboratorních podmínkách.
Lukyanov dokázal zobecnit myšlenky velkých vědců: model je nejvyšší stupeň vizualizace matematické pravdy. Poté, co provedl výzkum a ujistil se, že zákony proudění vody a šíření tepla jsou do značné míry podobné, dospěl k závěru, že voda může fungovat jako model tepelného procesu. V roce 1934 Lukyanov navrhl zásadně novou metodu mechanizace výpočtů nestabilních procesů - metodu hydraulických analogií ao rok později vytvořil model tepelné hydrauliky, který tuto metodu demonstruje. Toto primitivní zařízení, vyrobené ze střechy železa, plechu a skleněných trubek, úspěšně vyřešilo problém studování teplotních podmínek betonu.
Jeho hlavní jednotkou byly vertikální hlavní lodě určité kapacity, propojené trubkami s proměnnými hydraulickými odpory a připojené k pohyblivým plavidlům. Jejich zvedání a spouštění změnilo tlak vody v hlavních plavidlech. Zahájení nebo zastavení procesu výpočtu bylo provedeno jeřáby s obecnou kontrolou.
V roce 1936 byl uveden do provozu první výpočetní stroj na světě pro řešení parciálních diferenciálních rovnic, Lukyanovův hydraulický integrátor.
K vyřešení problému na hydrointegrátoru bylo nutné:
1) vypracovat návrhový diagram zkoumaného procesu;
2) na základě tohoto schématu spojte nádoby, určete a vyberte hodnoty hydraulického odporu trubek;
3) vypočítat počáteční hodnoty požadované hodnoty;
4) nakreslete graf změn vnějších podmínek modelového procesu.
Poté byly stanoveny počáteční hodnoty: hlavní a pohyblivé nádoby se zavřenými kohoutky byly naplněny vodou do vypočtených hladin a označeny na milimetrovém papíru připevněném za piezometry (měřící zkumavky) - byla získána určitá křivka. Poté byly všechny kohoutky současně otevřeny a výzkumný pracovník změnil výšku pohyblivých plavidel v souladu s harmonogramem změn vnějších podmínek simulovaného procesu. V tomto případě se tlak vody v hlavních nádobách měnil podle stejného zákona jako teplota. Hladiny kapalin v piezometrech se změnily, ve správný čas byly kohouty uzavřeny, zastavily proces a nové pozice hladin byly vyznačeny na milimetrovém papíře. Na základě těchto značek byl vytvořen graf, který byl řešením problému.
Schopnosti hydrointegrátoru se ukázaly být neobvykle široké a slibné. V roce 1938 založil V. S. Lukovanov laboratoř hydraulických analogií, která se brzy stala základní organizací pro zavedení metody do národní ekonomiky země. Šéf této laboratoře zůstal čtyřicet let.
Hlavní podmínkou pro široké použití metody hydraulické analogie bylo zlepšení hydraulického integrátoru. Vytvoření struktury vhodné pro praktické použití umožnilo řešit problémy různých typů - jednorozměrné, dvourozměrné a trojrozměrné. Například proud vody v přímých hranicích je jednorozměrný tok. Dvourozměrný pohyb je pozorován v oblastech velkých říčních zatáček, poblíž ostrovů a poloostrovů a podzemních vod se šíří ve třech rozměrech.
První hydrointegrátor IG-1 byl navržen k řešení nejjednodušších - jednorozměrných - úkolů. V roce 1941 byl navržen dvourozměrný hydraulický integrátor ve formě samostatných sekcí.
V roce 1949 byl na základě nařízení Rady ministrů SSSR v Moskvě zřízen speciální institut „NIISCHETMASH“, pro který byl získán výběr a příprava na sériovou výrobu nových modelů výpočetní techniky. Jedním z prvních takových strojů byl hydrointegrátor. Po dobu šesti let tento institut vyvinul nový design ze standardních unifikovaných bloků a v závodě výpočetních a analytických strojů Ryazan začala sériová výroba tovární značkou IGL (integrátor hydraulického systému Lukyanov). Dříve byly v moskevském závodě počítacích a analytických strojů (CAM) postaveny jednotlivé hydraulické integrátory. Během výrobního procesu byly sekce upraveny tak, aby řešily trojrozměrné problémy.
V roce 1951 byla V. S. Lukovanovi udělena Státní cena za vytvoření rodiny hydrointegrátorů.
Po organizaci hromadné výroby se integrátoři začali vyvážet do zahraničí: do Československa, Polska, Bulharska a Číny. Ale oni dostali největší distribuci v naší zemi. S jejich pomocí byl proveden vědecký výzkum v osadě Mirny, výpočty projektu Karakumského průplavu a hlavní linie Bajkal-Amur. Hydrointegrátory byly úspěšně použity v těžbě, geologii, stavební tepelné fyzice, metalurgii, raketě a v mnoha dalších oblastech.
Účinnost metody hydraulických analogií při výrobě železobetonových bloků první hydroelektrárny na světě z prefabrikátu - Saratovské vodní elektrárny im. Lenin Komsomol (1956-1970). Bylo nutné vyvinout výrobní technologii pro asi tři tisíce obrovských bloků o hmotnosti až 200 tun. Bloky musely zrát rychle bez praskání na výrobní lince ve všech ročních obdobích a okamžitě instalovat na místo. Velmi složité výpočty teplotního režimu, s přihlédnutím k neustálým změnám ve vlastnostech tvrzeného betonu a podmínkách elektrického vytápění, byly provedeny včas a v požadovaném objemu pouze díky Lukyanovým hydrointegrátorům. Teoretické výpočty v kombinaci se zkouškami na pilotním místě a ve výrobě umožnily vypracovat technologii výrobních bloků bezvadné kvality.
První digitální elektronické počítače (DECM), které se objevily na počátku 50. let, nemohly konkurovat stroji na vodu. Hlavními výhodami hydrointegrátoru jsou přehlednost procesu výpočtu, jednoduchost návrhu a programování. Počítače první a druhé generace byly drahé, měly nízký výkon, malou velikost paměti, omezenou sadu periferních zařízení, špatně vyvinutý software a vyžadovaly kvalifikovanou údržbu. Zejména problémy permafrostu byly snadno a rychle vyřešeny na hydrointegrátoru a na počítači - s velkými obtížemi. Kromě toho předběžné použití metody hydraulických analogií pomohlo při formulaci problému, navrhnout způsob programování počítače a dokonce jej ovládat, aby se zabránilo hrubým chybám. V polovině 70. let byly hydraulické integrátory použity ve 115 průmyslových, vědeckých a vzdělávacích organizacích, které se nacházejí ve 40 městech naší země. Teprve na začátku 80. let se objevily malé, levné digitální počítače s vysokou rychlostí a kapacitou paměti, které zcela překrývaly možnosti hydrointegrátoru.
Ve sbírce analogových strojů Polytechnického muzea v Moskvě jsou představeny dva lukyanovské hydrointegrátory. Jedná se o vzácné exponáty velké historické hodnoty, památky vědy a techniky. Originální výpočetní zařízení jsou pro návštěvníky stálým zájmem a patří k nejcennějším exponátům ve výpočetním oddělení.