Im wahrsten Sinne des Wortes habe ich gerade etwas über ein absolut erstaunliches Gerät gelernt - einen Wassercomputer. Der hydraulische Integrator von Lukyanov - die weltweit erste Rechenmaschine zur Lösung partieller Differentialgleichungen - war ein halbes Jahrhundert lang das einzige Rechenmittel für eine Vielzahl von Problemen in der mathematischen Physik.
1936 schuf er eine Rechenmaschine, in der alle mathematischen Operationen mit fließendem Wasser ausgeführt wurden. Hast du davon gehört?
Der erste Hydrointegrator IG-1 wurde entwickelt, um die einfachsten - eindimensionalen Probleme zu lösen. 1941 wurde ein zweidimensionaler hydraulischer Integrator in Form von separaten Abschnitten entworfen. Anschließend wurde der Integrator zur Lösung dreidimensionaler Probleme modifiziert.
Nach der Organisation der Massenproduktion wurden Integratoren ins Ausland exportiert: in die Tschechoslowakei, nach Polen, Bulgarien und China. Aber sie haben die größte Verbreitung in unserem Land erhalten. Mit ihrer Hilfe wurden wissenschaftliche Untersuchungen in der Siedlung "Mirny" durchgeführt, Berechnungen des Projekts des Karakum-Kanals und der Baikal-Amur-Hauptstrecke. Hydrointegratoren wurden erfolgreich im Minenbau, in der Geologie, in der thermischen Bauphysik, in der Metallurgie, in der Raketentechnik und in vielen anderen Bereichen eingesetzt.
Die ersten digitalen elektronischen Computer (DECM), die Anfang der 50er Jahre auf den Markt kamen, konnten nicht mit der "Wasser" -Maschine mithalten. Die Hauptvorteile des Hydrointegrators sind die Klarheit des Berechnungsprozesses, die Einfachheit des Designs und die Programmierung. Computer der ersten und zweiten Generation waren teuer, hatten eine geringe Leistung, eine geringe Speichergröße, einen begrenzten Satz an Peripheriegeräten, schlecht entwickelte Software und erforderten qualifizierte Wartung. Insbesondere die Probleme des Permafrosts konnten mit einem Hydrointegrator und einem Computer leicht und schnell gelöst werden - mit großen Schwierigkeiten. Mitte der 1970er Jahre wurden hydraulische Integratoren in 115 Industrie-, Wissenschafts- und Bildungsorganisationen in 40 Städten unseres Landes eingesetzt. Erst in den frühen 80er Jahren wurden kleine, billige,mit digitalen Computern mit hoher Geschwindigkeit und Speicherkapazität, die die Funktionen des Hydrointegrators vollständig abdecken.
Und ein bisschen mehr für diejenigen, die sich für Details interessieren.
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Die Schaffung des Hydrointegrators war von einem komplexen technischen Problem bestimmt, mit dem der junge Spezialist V. Lukyanov im ersten Arbeitsjahr konfrontiert war.
Nach seinem Abschluss am Moskauer Institut für Eisenbahningenieure (MIIT) wurde Lukyanov zum Bau der Eisenbahnen Troitsk-Orsk und Kartaly-Magnitnaya (heute Magnitogorsk) geschickt.
In den 1920er und 1930er Jahren war der Bau von Eisenbahnen langsam. Die Hauptwerkzeuge waren eine Schaufel, eine Spitzhacke und eine Schubkarre, und Ausgrabungen und Betonierungen wurden nur im Sommer durchgeführt. Die Qualität der Arbeiten blieb jedoch weiterhin gering, es traten Risse auf - die Geißel der Stahlbetonkonstruktionen.
Lukyanov interessierte sich für die Ursachen von Betonrissen. Seine Vermutung über ihren Temperaturursprung stößt bei Experten auf Skepsis. Der junge Ingenieur beginnt mit der Erforschung von Temperaturregimen in Betonmauerwerk, abhängig von der Zusammensetzung des Betons, dem verwendeten Zement, der Arbeitstechnologie und den äußeren Bedingungen. Die Verteilung der Wärmeströme wird durch komplexe Beziehungen zwischen Temperatur und Betoneigenschaften beschrieben, die sich im Laufe der Zeit ändern. Diese Beziehungen werden durch die sogenannten partiellen Differentialgleichungen ausgedrückt. Die damals existierenden Berechnungsmethoden (1928) konnten jedoch keine schnelle und genaue Lösung liefern.
Auf der Suche nach Möglichkeiten zur Lösung des Problems wendet sich Lukyanov den Arbeiten von Mathematikern und Ingenieuren zu. Er findet die richtige Richtung in den Arbeiten herausragender russischer Wissenschaftler - der Akademiker A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky und M. V. Kirpichev.
Der Schiffbauingenieur, Mechaniker, Physiker und Mathematiker Akademiker Alexei Nikolaevich Krylov (1863-1945) baute Ende 1910 eine einzigartige mechanische analoge Rechenmaschine - einen Differentialintegrator zur Lösung gewöhnlicher Differentialgleichungen 4. Ordnung.
Der Akademiker Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) beschäftigte sich mit Hydraulik. 1918 bewies er die Möglichkeit, einen physikalischen Prozess durch einen anderen zu ersetzen, wenn sie durch dieselbe Gleichung beschrieben werden (das Prinzip der Analogie bei der Modellierung).
Der auf dem Gebiet der Wärmetechnik spezialisierte Akademiker Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) entwickelte die Theorie der Modellierungsprozesse in Industrieanlagen - die Methode der lokalen thermischen Modellierung. Die Methode ermöglichte es, die in großen Industrieanlagen beobachteten Phänomene unter Laborbedingungen zu reproduzieren.
Lukyanov konnte die Ideen großer Wissenschaftler verallgemeinern: Ein Modell ist der höchste Grad an Visualisierung der mathematischen Wahrheit. Nachdem er Forschungen durchgeführt und sichergestellt hatte, dass die Gesetze des Wasserflusses und der Wärmeausbreitung weitgehend ähnlich sind, kam er zu dem Schluss, dass Wasser als Modell für den thermischen Prozess dienen kann. 1934 schlug Lukyanov eine grundlegend neue Methode zur Mechanisierung der Berechnungen instationärer Prozesse vor - die Methode der hydraulischen Analogien - und erstellte ein Jahr später ein thermohydraulisches Modell, um die Methode zu demonstrieren. Dieses primitive Gerät aus Dacheisen, Blech und Glasrohren löste erfolgreich das Problem der Untersuchung der Temperaturbedingungen von Beton.
Seine Haupteinheit waren vertikale Hauptgefäße mit einer bestimmten Kapazität, die durch Rohre mit variablen hydraulischen Widerständen miteinander verbunden und mit beweglichen Gefäßen verbunden waren. Sie hoben und senkten sie und veränderten den Wasserdruck in den Hauptgefäßen. Der Start oder Stopp des Berechnungsprozesses wurde von Kranen mit allgemeiner Kontrolle durchgeführt.
1936 wurde die weltweit erste Rechenmaschine zur Lösung partieller Differentialgleichungen, der hydraulische Integrator von Lukyanov, in Betrieb genommen.
Um das Problem am Hydrointegrator zu lösen, war Folgendes erforderlich:
1) ein Entwurfsdiagramm des untersuchten Prozesses erstellen;
2) Schließen Sie anhand dieses Diagramms die Behälter an, bestimmen und wählen Sie die Werte des hydraulischen Widerstands der Rohre aus.
3) Berechnen Sie die Anfangswerte des erforderlichen Werts;
4) Zeichnen Sie ein Diagramm der Änderungen der äußeren Bedingungen des modellierten Prozesses.
Danach wurden die Anfangswerte eingestellt: Die Haupt- und beweglichen Gefäße mit geschlossenen Hähnen wurden bis zu den berechneten Werten mit Wasser gefüllt und auf Millimeterpapier markiert, das hinter Piezometern (Messrohren) angebracht war - eine Art Kurve wurde erhalten. Dann wurden alle Hähne gleichzeitig geöffnet, und der Forscher änderte die Höhe der beweglichen Gefäße gemäß dem Zeitplan der Änderungen der äußeren Bedingungen des simulierten Prozesses. In diesem Fall variierte der Wasserdruck in den Hauptgefäßen nach dem gleichen Gesetz wie die Temperatur. Die Flüssigkeitsstände in den Piezometern änderten sich, zum richtigen Zeitpunkt wurden die Hähne geschlossen, wodurch der Prozess gestoppt wurde, und die neuen Positionen der Füllstände wurden auf Millimeterpapier markiert. Basierend auf diesen Markierungen wurde ein Diagramm erstellt, das die Lösung für das Problem darstellte.
Die Fähigkeiten des Hydrointegrators erwiesen sich als ungewöhnlich breit und vielversprechend. 1938 gründete V. S. Luk'yanov ein Labor für hydraulische Analogien, das bald zur Basisorganisation für die Einführung der Methode in die Volkswirtschaft des Landes wurde. Er blieb vierzig Jahre lang Leiter dieses Labors.
Die Hauptbedingung für die weit verbreitete Verwendung der hydraulischen Analogiemethode war die Verbesserung des hydraulischen Integrators. Die Schaffung eines Designs, das für die praktische Anwendung geeignet ist, ermöglichte die Lösung verschiedener Probleme - eindimensional, zweidimensional und dreidimensional. Beispielsweise ist der Wasserfluss in geradlinigen Grenzen ein eindimensionaler Fluss. Zweidimensionale Bewegungen werden in Gebieten mit großen Flussbiegungen in der Nähe von Inseln und Halbinseln beobachtet, und das Grundwasser breitet sich in drei Dimensionen aus.
Der erste Hydrointegrator IG-1 wurde entwickelt, um die einfachsten - eindimensionalen - Aufgaben zu lösen. 1941 wurde ein zweidimensionaler hydraulischer Integrator in Form von separaten Abschnitten entworfen.
1949 wurde auf Erlass des Ministerrates der UdSSR in Moskau ein Sonderinstitut "NIISCHETMASH" gegründet, das ausgewählt und für die Serienproduktion neuer Modelle der Computertechnologie vorbereitet wurde. Eine der ersten derartigen Maschinen war der Hydrointegrator. Seit sechs Jahren entwickelt das Institut ein neues Design aus einheitlichen Standardblöcken. Im Werk in Rjasan für Rechen- und Analysemaschinen begann die Serienproduktion mit der Fabrikmarke IGL (Integrator des Lukyanov-Hydrauliksystems). Zuvor wurden im Moskauer Werk für Rechen- und Analysemaschinen (CAM) einzelne hydraulische Integratoren gebaut. Während des Produktionsprozesses wurden die Abschnitte modifiziert, um dreidimensionale Probleme zu lösen.
1951 erhielt V. S. Lukyanov den Staatspreis für die Gründung einer Familie von Hydrointegratoren.
Nach der Organisation der Massenproduktion wurden Integratoren ins Ausland exportiert: in die Tschechoslowakei, nach Polen, Bulgarien und China. Aber sie haben die größte Verbreitung in unserem Land erhalten. Mit ihrer Hilfe wurden wissenschaftliche Untersuchungen in der Siedlung "Mirny" durchgeführt, Berechnungen des Projekts des Karakum-Kanals und der Baikal-Amur-Hauptstrecke. Hydrointegratoren wurden erfolgreich im Minenbau, in der Geologie, in der thermischen Bauphysik, in der Metallurgie, in der Raketentechnik und in vielen anderen Bereichen eingesetzt.
Die Wirksamkeit der Methode der hydraulischen Analogien bei der Herstellung von Stahlbetonblöcken des weltweit ersten Wasserkraftwerks aus Betonfertigteilen - dem Wasserkraftwerk Saratov im. Lenin Komsomol (1956-1970). Es war erforderlich, eine Fertigungstechnologie für etwa dreitausend riesige Blöcke mit einem Gewicht von bis zu 200 Tonnen zu entwickeln. Die Blöcke mussten zu jeder Jahreszeit schnell reifen, ohne auf der Produktionslinie zu reißen, und sofort installiert werden. Sehr komplexe Berechnungen des Temperaturregimes unter Berücksichtigung der kontinuierlichen Änderung der Eigenschaften des Härtungsbetons und der Bedingungen der elektrischen Heizung wurden nur dank der Hydrointegratoren von Lukyanov zeitnah und im erforderlichen Volumen durchgeführt. Theoretische Berechnungen in Kombination mit Tests an einem Pilotstandort und in der Produktion ermöglichten es, die Technologie zur Herstellung von Blöcken von einwandfreier Qualität zu erarbeiten.
Die ersten digitalen elektronischen Computer (DECM), die Anfang der 50er Jahre auf den Markt kamen, konnten nicht mit der "Wasser" -Maschine mithalten. Die Hauptvorteile des Hydrointegrators sind die Klarheit des Berechnungsprozesses, die Einfachheit des Designs und die Programmierung. Computer der ersten und zweiten Generation waren teuer, hatten eine geringe Leistung, eine geringe Speichergröße, einen begrenzten Satz an Peripheriegeräten, schlecht entwickelte Software und erforderten qualifizierte Wartung. Insbesondere die Probleme des Permafrosts konnten mit einem Hydrointegrator und einem Computer leicht und schnell gelöst werden - mit großen Schwierigkeiten. Darüber hinaus hat die vorläufige Anwendung der Methode der hydraulischen Analogien dazu beigetragen, das Problem zu formulieren, den Weg der Computerprogrammierung aufzuzeigen und sogar zu steuern, um grobe Fehler zu vermeiden. Mitte der 1970er Jahre wurden hydraulische Integratoren in 115 Industrie-, Wissenschafts- und Bildungsorganisationen in 40 Städten unseres Landes eingesetzt. Erst zu Beginn der achtziger Jahre erschienen kleine, billige Digitalcomputer mit hoher Geschwindigkeit und Speicherkapazität, die die Fähigkeiten des Hydrointegrators völlig überlappten.
Zwei Lukyanov-Hydrointegratoren werden in der Sammlung analoger Maschinen des Polytechnischen Museums in Moskau vorgestellt. Dies sind seltene Exponate von großem historischen Wert, Denkmäler der Wissenschaft und Technologie. Original-Computergeräte sind für Besucher von ständigem Interesse und gehören zu den wertvollsten Exponaten in der Computerabteilung.
