Burtiski tikai tagad es uzzināju par absolūti pārsteidzošu ierīci - ūdens datoru. Lukjanova hidrauliskais integrators - pasaulē pirmā skaitļošanas mašīna daļēju diferenciālvienādojumu risināšanai - pusgadsimtu bija vienīgais skaitļošanas līdzeklis, kas saistīts ar visdažādākajām matemātiskās fizikas problēmām.
1936. gadā viņš izveidoja aprēķināšanas mašīnu, kurā visas matemātiskās operācijas tika veiktas ar tekoša ūdens palīdzību. Vai esat par to dzirdējis?
Pirmais hidrointegrators IG-1 tika izstrādāts, lai atrisinātu visvienkāršākās - viendimensionālās problēmas. 1941. gadā tika izveidots divdimensiju hidrauliskais integrators atsevišķu sekciju veidā. Pēc tam integrators tika modificēts trīsdimensiju problēmu risināšanai.
Pēc masveida ražošanas organizēšanas integratorus sāka eksportēt uz ārzemēm: uz Čehoslovākiju, Poliju, Bulgāriju un Ķīnu. Bet viņi saņēma vislielāko izplatību mūsu valstī. Ar viņu palīdzību norēķinos "Mirny" tika veikti zinātniskie pētījumi, Karakuma kanāla un Baikāla-Amūras maģistrāles projekta aprēķini. Hidrointegratori ir veiksmīgi izmantoti raktuvju celtniecībā, ģeoloģijā, celtniecības termiskajā fizikā, metalurģijā, rokmūrniecībā un daudzās citās jomās.
Pirmie digitālie elektroniskie datori (DECM), kas parādījās 50. gadu sākumā, nevarēja konkurēt ar “ūdens” mašīnu. Galvenās hidrointegratora priekšrocības ir aprēķinu procesa skaidrība, dizaina un programmēšanas vienkāršība. Pirmās un otrās paaudzes datori bija dārgi, tiem bija zema veiktspēja, mazs atmiņas apjoms, ierobežots perifēro iekārtu komplekts, vāji izstrādāta programmatūra un nepieciešama kvalificēta apkope. Jo īpaši mūžīgā sasaluma problēmas viegli un ātri tika atrisinātas hidrointegratorā un datorā - ar lielām grūtībām. 70. gadu vidū hidrauliskos integratorus izmantoja 115 rūpniecības, zinātnes un izglītības organizācijās, kas atrodas 40 mūsu valsts pilsētās. Tikai 80. gadu sākumā mazie, lētie,ar ātrgaitas un atmiņas ietilpīgiem digitāliem datoriem, pilnībā pārklājot hidrointegratora iespējas.
Un nedaudz vairāk tiem, kurus interesē detaļas.
Reklāmas video:
Hidrointegratora izveidi diktēja sarežģīta inženierijas problēma, ar kuru jaunais speciālists V. Lukjanovs saskārās pirmajā darba gadā.
Pēc Maskavas Dzelzceļa inženieru institūta (MIIT) beigšanas Lukjanovs tika nosūtīts uz Troitskas-Orskas un Kartālijas-Magņitnajas (tagad Magņitogorskas) dzelzceļa būvniecību.
1920. un 1930. gados dzelzceļa būvniecība noritēja lēni. Galvenie darba rīki bija lāpsta, pickaxe un ķerra, un rakšana un betonēšana tika veikta tikai vasarā. Bet darbu kvalitāte joprojām bija zema, parādījās plaisas - dzelzsbetona konstrukciju posts.
Lukjanovs sāka interesēties par betona plaisu cēloņiem. Viņa pieņēmums par viņu temperatūras izcelsmi tiek vērtēts ar ekspertu skepsi. Jaunais inženieris sāk pētīt temperatūras režīmus betona mūros atkarībā no betona sastāva, izmantotā cementa, darba tehnoloģijas un ārējiem apstākļiem. Siltuma plūsmu sadalījumu raksturo sarežģītas attiecības starp temperatūru un betona īpašībām, kas laika gaitā mainās. Šīs attiecības izsaka ar tā sauktajiem daļējiem diferenciālvienādojumiem. Tomēr tajā laikā (1928. gadā) pastāvošās aprēķina metodes nevarēja dot ātru un precīzu risinājumu.
Meklējot problēmas risināšanas veidus, Lukjanovs pievēršas matemātiķu un inženieru darbiem. Viņš atrod pareizo virzienu izcilu krievu zinātnieku - akadēmiķu A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky un M. V. Kirpichev darbos.
Kuģu būves inženieris, mehāniķis, fiziķis un matemātiķis akadēmiķis Aleksejs Nikolajevičs Krylovs (1863–1945) 1910. gada beigās uzbūvēja unikālu mehānisko analogo datoru - diferenciālo integratoru 4. kārtas parasto diferenciālvienādojumu risināšanai.
Akadēmiķis Nikolajs Nikolajevičs Pavlovskis (1884–1937) nodarbojās ar hidrauliku. 1918. gadā viņš pierādīja iespēju aizstāt vienu fizisko procesu ar citu, ja tos raksturo viens un tas pats vienādojums (modelēšanas analoģijas princips).
Akadēmiķis Mihails Viktorovičs Kirpičevs (1879-1955) - siltumtehnikas nozares speciālists, izstrādāja modelēšanas procesu teoriju rūpnieciskajās iekārtās - vietējās termo modelēšanas metodi. Metode ļāva reproducēt parādības, kas novērotas lielos rūpniecības objektos laboratorijas apstākļos.
Lukjanovs spēja vispārināt lielo zinātnieku idejas: modelis ir augstākā matemātiskās patiesības vizualizācijas pakāpe. Pēc pētījumu veikšanas un pārliecinoties, ka ūdens plūsmas un siltuma izplatīšanās likumi ir lielā mērā līdzīgi, viņš secināja, ka ūdens var darboties kā termiskā procesa paraugs. 1934. gadā Lukjanovs ierosināja pilnīgi jaunu metodi nepastāvīgu procesu aprēķinu mehanizēšanai - hidraulisko analoģiju metodi, un gadu vēlāk izveidoja termiski hidraulisko modeli, lai demonstrētu metodi. Šī primitīvā ierīce, kas izgatavota no jumta dzelzs, lokšņu metāla un stikla caurulēm, veiksmīgi atrisināja problēmu, kas saistīta ar betona temperatūras apstākļu izpēti.
Tās galvenā vienība bija vertikāli galvenās tvertnes ar noteiktu ietilpību, savienotas ar caurulēm ar mainīgu hidraulisko pretestību un savienotas ar pārvietojamiem traukiem. Paceļot un nolaižot tos, viņi mainīja ūdens spiedienu galvenajos traukos. Aprēķina procesa sākumu vai apstāšanos veica celtņi ar vispārēju vadību.
1936. gadā tika nodota ekspluatācijā pasaulē pirmā skaitļošanas mašīna daļēju diferenciālvienādojumu risināšanai - Lukjanova hidrauliskais integrators.
Lai atrisinātu hidrointegratora problēmu, bija nepieciešams:
1) sastāda pētāmā procesa projekta shēmu;
2) pamatojoties uz šo diagrammu, savienojiet traukus, nosaka un atlasa cauruļu hidrauliskās pretestības vērtības;
3) aprēķina nepieciešamās vērtības sākotnējās vērtības;
4) noformēt modelētā procesa ārējo apstākļu izmaiņu grafiku.
Pēc tam tika iestatītas sākotnējās vērtības: galvenos un pārvietojamos traukus ar aizvērtiem krāniem piepildīja ar ūdeni līdz aprēķinātajam līmenim un iezīmēja uz diagrammas papīra, kas piestiprināts aiz pjezometriem (mērīšanas caurulēm) - tika iegūta sava veida līkne. Tad vienlaicīgi tika atvērti visi krāni, un pētnieks mainīja pārvietojamo trauku augstumu saskaņā ar modelētā procesa ārējo apstākļu izmaiņu grafiku. Šajā gadījumā ūdens spiediens galvenajos traukos mainījās saskaņā ar to pašu likumu kā temperatūra. Šķidruma līmeņi pjezometros mainījās, pareizajā laikā krāni tika aizvērti, pārtraucot procesu, un jaunās līmeņu pozīcijas tika iezīmētas uz diagrammas papīra. Balstoties uz šīm atzīmēm, tika izveidots grafiks, kas bija problēmas risinājums.
Hidrointegratora iespējas izrādījās neparasti plašas un daudzsološas. 1938. gadā V. S. Luk'janovs nodibināja hidraulisko analoģiju laboratoriju, kas drīz kļuva par pamatorganizāciju metodes ieviešanai valsts tautsaimniecībā. Četrdesmit gadus viņš palika šīs laboratorijas vadītājs.
Galvenais hidrauliskās analoģijas metodes plašas izmantošanas nosacījums bija hidrauliskā integratora uzlabošana. Praktiski pielietojamā dizaina izveidošana ļāva atrisināt dažāda veida problēmas - viendimensiju, divdimensiju un trīsdimensiju. Piemēram, ūdens plūsma taisnās robežās ir viendimensionāla plūsma. Divdimensiju kustība tiek novērota lielu upju līkumu vietās, netālu no salām un pussalas, un gruntsūdeņi izplatās trīs dimensijās.
Pirmais hidrointegrators IG-1 tika izstrādāts, lai atrisinātu visvienkāršākos - viendimensionālos - uzdevumus. 1941. gadā tika izveidots divdimensiju hidrauliskais integrators atsevišķu sekciju veidā.
1949. gadā ar PSRS Ministru padomes lēmumu Maskavā tika izveidots īpašs institūts "NIISCHETMASH", kas saņēma atlasi un sagatavošanos jaunu datortehnoloģijas modeļu sērijveida ražošanai. Viena no pirmajām šādām mašīnām bija hidrointegrators. Sešu gadu laikā institūts ir izstrādājis jaunu tā dizainu no standarta vienotiem blokiem, un Rjazaņas aprēķinu un analītisko mašīnu rūpnīcā to sērijveida ražošana sākās ar rūpnīcas zīmolu IGL (Lukjanova hidraulisko sistēmu integrators). Iepriekš Maskavas aprēķināšanas un analītisko mašīnu (CAM) rūpnīcā tika būvēti atsevišķi hidrauliskie integratori. Ražošanas procesa laikā sekcijas tika modificētas, lai atrisinātu trīsdimensiju problēmas.
1951. gadā V. S. Lukjanovam tika piešķirta Valsts balva par hidrointegratoru ģimenes izveidošanu.
Pēc masveida ražošanas organizēšanas integratorus sāka eksportēt uz ārzemēm: uz Čehoslovākiju, Poliju, Bulgāriju un Ķīnu. Bet viņi saņēma vislielāko izplatību mūsu valstī. Ar viņu palīdzību norēķinos "Mirny" tika veikti zinātniskie pētījumi, Karakuma kanāla un Baikāla-Amūras maģistrāles projekta aprēķini. Hidrointegratori ir veiksmīgi izmantoti raktuvju celtniecībā, ģeoloģijā, celtniecības termiskajā fizikā, metalurģijā, rokmūrniecībā un daudzās citās jomās.
Hidraulisko analoģiju metodes efektivitāte pasaules pirmās hidroelektrostacijas dzelzsbetona bloku ražošanā no saliekamā betona - Saratovas hidroelektrostacijas im. Ļeņins Komsomols (1956–1970). Tika prasīts izstrādāt ražošanas tehnoloģiju apmēram trim tūkstošiem milzīgu bloku, kuru svars bija līdz 200 tonnām. Blokiem visu sezonu bija ātri jānogatavojas, plaisājot uz ražošanas līnijas, un tie nekavējoties jāuzstāda vietā. Ļoti sarežģīti temperatūras režīma aprēķini, ņemot vērā nemitīgās sacietējošā betona īpašību izmaiņas un elektriskās sildīšanas apstākļus, tika veikti savlaicīgi un vajadzīgajā apjomā tikai pateicoties Lukjanova hidrointegratoriem. Teorētiskie aprēķini apvienojumā ar testiem izmēģinājuma vietā un ražošanā ļāva izstrādāt nevainojamas kvalitātes bloku ražošanas tehnoloģiju.
Pirmie digitālie elektroniskie datori (DECM), kas parādījās 50. gadu sākumā, nevarēja konkurēt ar “ūdens” mašīnu. Galvenās hidrointegratora priekšrocības ir aprēķinu procesa skaidrība, dizaina un programmēšanas vienkāršība. Pirmās un otrās paaudzes datori bija dārgi, tiem bija zema veiktspēja, mazs atmiņas apjoms, ierobežots perifēro iekārtu komplekts, vāji izstrādāta programmatūra un nepieciešama kvalificēta apkope. Jo īpaši mūžīgā sasaluma problēmas viegli un ātri tika atrisinātas hidrointegratorā un datorā - ar lielām grūtībām. Turklāt hidraulisko analoģiju metodes provizoriska piemērošana palīdzēja formulēt problēmu, ieteikt datorprogrammēšanas veidu un pat kontrolēt to, lai izvairītos no rupjām kļūdām.70. gadu vidū hidrauliskos integratorus izmantoja 115 rūpniecības, zinātnes un izglītības organizācijās, kas atrodas 40 mūsu valsts pilsētās. Tikai 80. gadu sākumā parādījās maza izmēra, lēti digitālie datori ar lielu ātrumu un atmiņas ietilpību, pilnībā pārklājoties ar hidrointegratora iespējām.
Maskavas Politehniskā muzeja analogo mašīnu kolekcijā tiek prezentēti divi Lukjanova hidrointegratori. Šie ir reti eksponāti ar lielu vēsturisko vērtību, zinātnes un tehnikas pieminekļi. Oriģinālās skaitļošanas ierīces pastāvīgi interesē apmeklētājus un ir vieni no vērtīgākajiem eksponātiem skaitļošanas nodaļā.