Letteralmente solo ora ho imparato a conoscere un dispositivo assolutamente incredibile: un computer per l'acqua. L'integratore idraulico di Lukyanov, la prima macchina informatica al mondo per la risoluzione di equazioni alle derivate parziali, è stato per mezzo secolo l'unico mezzo di calcolo associato a una vasta gamma di problemi di fisica matematica.
Nel 1936 creò una macchina calcolatrice, in cui tutte le operazioni matematiche venivano eseguite dall'acqua corrente. Avete sentito parlare di questo?
Il primo idrointegratore IG-1 è stato progettato per risolvere i problemi più semplici: unidimensionali. Nel 1941 fu progettato un integratore idraulico bidimensionale sotto forma di sezioni separate. Successivamente, l'integratore è stato modificato per risolvere problemi tridimensionali.
Dopo l'organizzazione della produzione di massa, gli integratori iniziarono ad essere esportati all'estero: in Cecoslovacchia, Polonia, Bulgaria e Cina. Ma hanno ricevuto la più grande distribuzione nel nostro paese. Con il loro aiuto, sono state condotte ricerche scientifiche nell'insediamento "Mirny", calcoli del progetto del Canale del Karakum e della linea principale Baikal-Amur. Gli idrointegratori sono stati utilizzati con successo nella costruzione di miniere, geologia, fisica termica delle costruzioni, metallurgia, missilistica e molti altri settori.
I primi computer elettronici digitali (DECM) apparsi nei primi anni '50 non potevano competere con la macchina "ad acqua". I principali vantaggi dell'idrointegratore sono la chiarezza del processo di calcolo, la semplicità di progettazione e programmazione. I computer della prima e della seconda generazione erano costosi, avevano prestazioni ridotte, dimensioni di memoria ridotte, un set limitato di apparecchiature periferiche, software poco sviluppato e richiedeva una manutenzione qualificata. In particolare, i problemi del permafrost sono stati risolti facilmente e rapidamente su un idrointegratore e su un computer - con grandi difficoltà. A metà degli anni '70, gli integratori idraulici sono stati utilizzati in 115 organizzazioni industriali, scientifiche ed educative situate in 40 città del nostro paese. Solo all'inizio degli anni '80 le piccole dimensioni, a buon mercato,con computer digitali ad alta velocità e capacità di memoria, che coprono completamente le capacità dell'idrointegratore.
E un po 'di più per coloro che sono interessati ai dettagli.
Video promozionale:
La creazione dell'idrointegratore è stata dettata da un complesso problema ingegneristico, che il giovane specialista V. Lukyanov ha affrontato nel primo anno di lavoro.
Dopo la laurea presso l'Istituto di ingegneria ferroviaria di Mosca (MIIT), Lukyanov è stato inviato alla costruzione delle ferrovie Troitsk-Orsk e Kartaly-Magnitnaya (ora Magnitogorsk).
Negli anni '20 e '30, la costruzione delle ferrovie era lenta. I principali strumenti di lavoro erano una pala, un piccone e una carriola, e lo scavo e il calcestruzzo venivano effettuati solo in estate. Ma la qualità del lavoro è rimasta bassa, sono comparse delle crepe: il flagello delle strutture in cemento armato.
Lukyanov si è interessato alle cause delle crepe nel calcestruzzo. La sua ipotesi sulla loro origine della temperatura è accolta con scetticismo da parte degli esperti. Il giovane ingegnere inizia a ricercare i regimi di temperatura nelle murature in calcestruzzo, a seconda della composizione del calcestruzzo, del cemento utilizzato, della tecnologia di lavoro e delle condizioni esterne. La distribuzione dei flussi di calore è descritta da complesse relazioni tra la temperatura e le proprietà del calcestruzzo che cambiano nel tempo. Queste relazioni sono espresse dalle cosiddette equazioni alle derivate parziali. Tuttavia, i metodi di calcolo esistenti a quel tempo (1928) non potevano fornire una soluzione rapida e accurata.
Alla ricerca di modi per risolvere il problema, Lukyanov si rivolge alle opere di matematici e ingegneri. Trova la giusta direzione nelle opere di eminenti scienziati russi: gli accademici A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky e M. V. Kirpichev.
Ingegnere navale, meccanico, fisico e matematico L'accademico Aleksey Nikolaevich Krylov (1863-1945) alla fine del 1910 costruì un computer analogico meccanico unico - un integratore differenziale per risolvere equazioni differenziali ordinarie del 4 ° ordine.
L'accademico Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) si occupò di idraulica. Nel 1918, ha dimostrato la possibilità di sostituire un processo fisico con un altro se sono descritti dalla stessa equazione (il principio di analogia nella modellazione).
L'accademico Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) - uno specialista nel campo dell'ingegneria del calore, ha sviluppato la teoria dei processi di modellazione nelle installazioni industriali - il metodo di modellazione termica locale. Il metodo ha permesso di riprodurre i fenomeni osservati in grandi impianti industriali in condizioni di laboratorio.
Lukyanov è stato in grado di generalizzare le idee di grandi scienziati: un modello è il più alto grado di visualizzazione della verità matematica. Dopo aver condotto ricerche e verificato che le leggi del flusso dell'acqua e della propagazione del calore siano in gran parte simili, ha concluso che l'acqua può fungere da modello del processo termico. Nel 1934, Lukyanov propose un modo fondamentalmente nuovo di meccanizzare i calcoli di processi instabili: il metodo delle analogie idrauliche e un anno dopo creò un modello idraulico termico per dimostrare il metodo. Questo primitivo dispositivo, costituito da coperture in ferro, lamiera e tubi di vetro, ha risolto con successo il problema dello studio delle condizioni di temperatura del calcestruzzo.
La sua unità principale erano navi principali verticali di una certa capacità, interconnesse da tubi con resistenze idrauliche variabili e collegate a navi mobili. Alzandoli e abbassandoli, hanno cambiato la pressione dell'acqua nei vasi principali. L'avvio o l'arresto del processo di calcolo è stato effettuato da gru con controllo generale.
Nel 1936 fu messa in funzione la prima macchina informatica al mondo per la risoluzione di equazioni differenziali parziali, l'integratore idraulico di Lukyanov.
Per risolvere il problema sull'idrointegratore era necessario:
1) redigere uno schema di progetto del processo in esame;
2) in base a questo diagramma, collegare i vasi, determinare e selezionare i valori della resistenza idraulica dei tubi;
3) calcolare i valori iniziali del valore richiesto;
4) disegnare un grafico dei cambiamenti nelle condizioni esterne del processo modellato.
Successivamente, sono stati impostati i valori iniziali: i vasi principali e mobili con rubinetti chiusi sono stati riempiti d'acqua ai livelli calcolati e segnati su carta millimetrata attaccata dietro i piezometri (tubi di misurazione) - è stata ottenuta una sorta di curva. Quindi tutti i rubinetti sono stati aperti contemporaneamente e il ricercatore ha modificato l'altezza dei vasi mobili in base al programma dei cambiamenti nelle condizioni esterne del processo simulato. In questo caso, la pressione dell'acqua nei vasi principali variava secondo la stessa legge della temperatura. I livelli dei liquidi nei piezometri sono cambiati, al momento giusto sono stati chiusi i rubinetti, arrestando il processo, e le nuove posizioni dei livelli sono state segnate su carta millimetrata. Sulla base di questi segni, è stato costruito un grafico, che era la soluzione al problema.
Le capacità dell'idrointegratore si sono rivelate insolitamente ampie e promettenti. Nel 1938 V. S. Luk'yanov fondò un laboratorio di analogie idrauliche, che presto divenne l'organizzazione di base per introdurre il metodo nell'economia nazionale del paese. È rimasto a capo di questo laboratorio per quarant'anni.
La condizione principale per l'uso diffuso del metodo dell'analogia idraulica era il miglioramento dell'integratore idraulico. La creazione di un design conveniente nell'applicazione pratica ha permesso di risolvere problemi di vario tipo: unidimensionale, bidimensionale e tridimensionale. Ad esempio, il flusso dell'acqua nei confini rettilinei è un flusso unidimensionale. Il movimento bidimensionale è osservato in aree di grandi anse di fiume, vicino a isole e penisole, e le acque sotterranee si diffondono in tre dimensioni.
Il primo idrointegratore IG-1 è stato progettato per risolvere i compiti più semplici, unidimensionali. Nel 1941 fu progettato un integratore idraulico bidimensionale sotto forma di sezioni separate.
Nel 1949, con un decreto del Consiglio dei ministri dell'URSS, fu creato a Mosca un istituto speciale "NIISCHETMASH", che ricevette la selezione e la preparazione per la produzione in serie di nuovi modelli di tecnologia informatica. Una delle prime macchine di questo tipo è stata l'idrointegratore. Per sei anni, l'istituto ne ha sviluppato un nuovo design da blocchi unificati standard e presso l'impianto di Ryazan di macchine calcolatrici e analitiche, la loro produzione in serie è iniziata con il marchio di fabbrica IGL (integratore del sistema idraulico di Lukyanov). In precedenza, nello stabilimento di Mosca venivano costruiti singoli integratori idraulici di macchine calcolatrici e analitiche (CAM). Durante il processo di produzione, le sezioni sono state modificate per risolvere problemi tridimensionali.
Nel 1951, V. S. Lukyanov ricevette il Premio di Stato per la creazione di una famiglia di idrointegratori.
Dopo l'organizzazione della produzione di massa, gli integratori iniziarono ad essere esportati all'estero: in Cecoslovacchia, Polonia, Bulgaria e Cina. Ma hanno ricevuto la più grande distribuzione nel nostro paese. Con il loro aiuto, sono state condotte ricerche scientifiche nell'insediamento "Mirny", calcoli del progetto del Canale del Karakum e della linea principale Baikal-Amur. Gli idrointegratori sono stati utilizzati con successo nella costruzione di miniere, geologia, fisica termica delle costruzioni, metallurgia, missilistica e molti altri settori.
L'efficacia del metodo delle analogie idrauliche nella produzione di blocchi di cemento armato della prima centrale idroelettrica al mondo da calcestruzzo prefabbricato: la centrale idroelettrica di Saratov im. Lenin Komsomol (1956-1970). Era necessario sviluppare una tecnologia di produzione per circa tremila enormi blocchi con un peso fino a 200 tonnellate. I blocchi dovevano maturare rapidamente senza crepe sulla linea di produzione in tutte le stagioni ed essere immediatamente installati sul posto. Calcoli molto complessi del regime di temperatura, tenendo conto del continuo cambiamento delle proprietà del calcestruzzo indurente e delle condizioni del riscaldamento elettrico, sono stati effettuati in modo tempestivo e nel volume richiesto solo grazie agli idrointegratori di Lukyanov. Calcoli teorici in combinazione con test in un sito pilota e in produzione hanno permesso di elaborare la tecnologia di produzione di blocchi di qualità impeccabile.
I primi computer elettronici digitali (DECM) apparsi nei primi anni '50 non potevano competere con la macchina "ad acqua". I principali vantaggi dell'idrointegratore sono la chiarezza del processo di calcolo, la semplicità di progettazione e programmazione. I computer della prima e della seconda generazione erano costosi, avevano prestazioni ridotte, dimensioni di memoria ridotte, un set limitato di apparecchiature periferiche, software poco sviluppato e richiedeva una manutenzione qualificata. In particolare, i problemi del permafrost sono stati risolti facilmente e rapidamente su un idrointegratore e su un computer - con grandi difficoltà. Inoltre, l'applicazione preliminare del metodo delle analogie idrauliche ha aiutato a formulare il problema, a suggerire il modo di programmare il computer e persino a controllarlo per evitare errori grossolani. A metà degli anni '70, gli integratori idraulici sono stati utilizzati in 115 organizzazioni industriali, scientifiche ed educative situate in 40 città del nostro paese. Solo all'inizio degli anni '80 apparvero computer digitali di piccole dimensioni ed economici con alta velocità e capacità di memoria, che si sovrapponevano completamente alle capacità dell'idrointegratore.
Due idrointegratori Lukyanov sono presentati nella collezione di macchine analogiche del Museo Politecnico di Mosca. Si tratta di rari reperti di grande valore storico, monumenti della scienza e della tecnologia. I dispositivi informatici originali sono di costante interesse per i visitatori e sono tra le mostre più preziose nel reparto informatico.
