• РЕГИСТРАЦИЯ

Шедевр советской инженерии — компьютер на воде

17 2454

Буквально только сейчас узнал о совершенно потрясающем устройстве – водяном компьютере. Гидравлический интегратор Лукьянова — первая в мире вычислительная машина для решения дифференциальных уравнений в частных производных — на протяжении полувека был единственным средством вычислений, связанных с широким кругом задач математической физики.

В 1936 году он создал вычислительную машину, все математические операции в которой выполняла текущая вода. Слышали ли вы о таком?

Первый гидроинтегратор ИГ-1 был предназначен для решения наиболее простых – одномерных задач. В 1941 году сконструирован двухмерный гидравлический интегратор в виде отдельных секций. В последствии интегратор был модифицирован для решения трехмерных задач.
После организации серийного производства интеграторы стали экспортироваться за границу: в Чехословакию, Польшу, Болгарию и Китай. Но самое большое распространение они получили в нашей стране. С их помощью провели научные исследования в поселке "Мирный", расчеты проекта Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали. Гидроинтеграторы успешно использовались в шахтостроении, геологии, строительной теплофизике, металлургии, ракетостроении и во многих других областях.

Появившиеся в начале 50-х годов первые цифровые электронно-вычислительные машины (ЦЭВМ) не могли составить конкуренции "водяной" машине. Основные преимущества гидроинтегратора — наглядность процесса расчета, простота конструкции и программирования. ЭВМ первого и второго поколений были дороги, имели невысокую производительность, малый объем памяти, ограниченный набор периферийного оборудования, слабо развитое программное обеспечение, требовали квалифицированного обслуживания. В частности, задачи мерзлотоведения легко и быстро решались на гидроинтеграторе, а на ЭВМ — с большими сложностями. В середине 1970-х годов гидравлические интеграторы применялись в 115 производственных, научных и учебных организациях, расположенных в 40 городах нашей страны. Только в начале 80-х годов появились малогабаритные, дешевые, с большим быстродействием и объемом памяти цифровые ЭВМ, полностью перекрывающие возможности гидроинтегратора.

И еще немного для тех, кому интересны подробности.

Создание гидроинтегратора продиктовано сложной инженерной задачей, с которой молодой специалист В. Лукьянов столкнулся в первый же год работы.

После окончания Московского института инженеров путей сообщения (МИИТ) Лукьянов был направлен на постройку железных дорог Троицк-Орск и Карталы-Магнитная (ныне Магнитогорск).

В 20-30-е годы строительство железных дорог велось медленно. Основными рабочими инструментами были лопата, кирка и тачка, а земляные работы и бетонирование производились только летом. Но качество работ все равно оставалось невысоким, появлялись трещины — бич железобетонных конструкций.

Лукьянов заинтересовался причинами образования трещин в бетоне. Его предположение об их температурном происхождении сталкивается со скептическим отношением специалистов. Молодой инженер начинает исследования температурных режимов в бетонных кладках в зависимости от состава бетона, используемого цемента, технологии проведения работ и внешних условий. Распределение тепловых потоков описывается сложными соотношениями между температурой и меняющимися со временем свойствами бетона. Эти соотношения выражаются так называемыми уравнениями в частных производных. Однако существовавшие в то время (1928 год) методы расчетов не смогли дать быстрого и точного их решения.

В поисках путей решения проблемы Лукьянов обращается к трудам математиков и инженеров. Верное направление он находит в трудах выдающихся российских ученых — академиков А. Н. Крылова, Н. Н. Павловского и М. В. Кирпичева.

Инженер-кораблестроитель, механик, физик и математик академик Алексей Николаевич Крылов (1863-1945) в конце 1910 года построил уникальную механическую аналоговую вычислительную машину — дифференциальный интегратор для решения обыкновенных дифференциальных уравнений 4-го порядка.

Академик Николай Николаевич Павловский (1884-1937) занимался вопросами гидравлики. В 1918 году доказал возможность замены одного физического процесса другим, если они описываются одним и тем же уравнением (принцип аналогии при моделировании).

Академик Михаил Викторович Кирпичев (1879-1955) — специалист в области теплотехники, разработал теорию моделирования процессов в промышленных установках — метод локального теплового моделирования. Метод позволял в лабораторных условиях воспроизводить явления, наблюдаемые на больших промышленных объектах.

Лукьянов сумел обобщить идеи великих ученых: модель — вот высшая степень наглядности математической истины. Проведя исследования и убедившись, что законы течения воды и распространения тепла во многом сходны, он сделал вывод — вода может выступать в роли модели теплового процесса. В 1934 году Лукьянов предложил принципиально новый способ механизации расчетов неустановившихся процессов — метод гидравлических аналогий и спустя год создал тепловую гидромодель для демонстрации метода. Это примитивное устройство, сделанное из кровельного железа, жести и стеклянных трубок, успешно разрешило задачу исследования температурных режимов бетона.

Главным его узлом стали вертикальные основные сосуды определенной емкости, соединенные между собой трубками с изменяемыми гидравлическими сопротивлениями и подключенные к подвижным сосудам. Поднимая и опуская их, меняли напор воды в основных сосудах. Пуск или остановка процесса расчета производились кранами с общим управлением.

В 1936 году заработала первая в мире вычислительная машина для решения уравнений в частных производных — гидравлический интегратор Лукьянова.

Для решения задачи на гидроинтеграторе необходимо было:

1) составить расчетную схему исследуемого процесса;

2) на основании этой схемы произвести соединение сосудов, определить и подобрать величины гидравлических сопротивлений трубок;

3) рассчитать начальные значения искомой величины;

4) начертить график изменения внешних условий моделируемого процесса.

После этого задавали начальные значения: основные и подвижные сосуды при закрытых кранах наполняли водой до рассчитанных уровней и отмечали их на миллиметровой бумаге, прикрепленной за пьезометрами (измерительными трубками) — получалась своеобразная кривая. Затем все краны одновременно открывали, и исследователь менял высоту подвижных сосудов в соответствии с графиком изменения внешних условий моделируемого процесса. При этом напор воды в основных сосудах менялся по тому же закону, что и температура. Уровни жидкости в пьезометрах менялись, в нужные моменты времени краны закрывали, останавливая процесс, и на миллиметровой бумаге отмечали новые положения уровней. По этим отметкам строили график, который и был решением задачи.

Возможности гидроинтегратора оказались необычайно широки и перспективны. В 1938 году В. С. Лукьяновым была основана лаборатория гидравлических аналогий, которая вскоре превратилась в базовую организацию для внедрения метода в народное хозяйство страны. Руководителем этой лаборатории он оставался в течение сорока лет.

Главным условием широкого распространения метода гидравлической аналогии стало совершенствование гидроинтегратора. Создание конструкции, удобной в практическом применении, позволило решать задачи различных типов — одномерные, двухмерные и трехмерные. Например, течение воды в прямолинейных границах — одномерный поток. Двумерное движение наблюдается в районах крупных излучин рек, вблизи островов и полуостровов, а грунтовые воды растекаются в трех измерениях.

Первый гидроинтегратор ИГ-1 был предназначен для решения наиболее простых — одномерных — задач. В 1941 году сконструирован двухмерный гидравлический интегратор в виде отдельных секций.

В 1949 году постановлением Совета Министров СССР в Москве создан специальный институт "НИИСЧЕТМАШ", которому были получены отбор и подготовка к серийному производству новых образцов вычислительной техники. Одной из первых таких машин стал гидроинтегратор. За шесть лет в институте разработана новая его конструкция из стандартных унифицированных блоков, и на Рязанском заводе счетно-аналитических машин начался их серийный выпуск с заводской маркой ИГЛ (интегратор гидравлический системы Лукьянова). Ранее единичные гидравлические интеграторы строились на Московском заводе счетно-аналитических машин (САМ). В процессе производства секции были модифицированы для решения трехмерных задач.

В 1951 году за создание семейства гидроинтеграторов В. С. Лукьянову присуждена Государственная премия.

После организации серийного производства интеграторы стали экспортироваться за границу: в Чехословакию, Польшу, Болгарию и Китай. Но самое большое распространение они получили в нашей стране. С их помощью провели научные исследования в поселке "Мирный", расчеты проекта Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали. Гидроинтеграторы успешно использовались в шахтостроении, геологии, строительной теплофизике, металлургии, ракетостроении и во многих других областях.

Особенно наглядно проявилась эффективность метода гидравлических аналогий при изготовлении железобетонных блоков первой в мире гидроэлектростанции из сборного железобетона — Саратовской ГЭС им. Ленинского комсомола (1956-1970). Требовалось разработать технологию изготовления около трех тысяч огромных блоков весом до 200 тонн. Блоки должны были быстро вызревать без трещин на поточной линии во все времена года и сразу устанавливаться на место. Очень сложные расчеты температурного режима с учетом непрерывного изменения свойств твердеющего бетона и условий электропрогрева произвели своевременно и в нужном объеме только благодаря гидроинтеграторам Лукьянова. Теоретические расчеты в сочетании с испытаниями на опытном полигоне и на производстве позволили отработать технологию изготовления блоков безукоризненного качества.

Появившиеся в начале 50-х годов первые цифровые электронно-вычислительные машины (ЦЭВМ) не могли составить конкуренции "водяной" машине. Основные преимущества гидроинтегратора — наглядность процесса расчета, простота конструкции и программирования. ЭВМ первого и второго поколений были дороги, имели невысокую производительность, малый объем памяти, ограниченный набор периферийного оборудования, слабо развитое программное обеспечение, требовали квалифицированного обслуживания. В частности, задачи мерзлотоведения легко и быстро решались на гидроинтеграторе, а на ЭВМ — с большими сложностями. Более того, предварительное применение метода гидравлических аналогий помогало поставить задачу, подсказать путь программирования ЭВМ и даже проконтролировать ее во избежание грубых ошибок. В середине 1970-х годов гидравлические интеграторы применялись в 115 производственных, научных и учебных организациях, расположенных в 40 городах нашей страны. Только в начале 80-х годов появились малогабаритные, дешевые, с большим быстродействием и объемом памяти цифровые ЭВМ, полностью перекрывающие возможности гидроинтегратора.

Два гидроинтегратора Лукьянова представлены в коллекции аналоговых машин Политехнического музея в Москве. Это редкие экспонаты, имеющие большую историческую ценность, памятники науки и техники. Оригинальные вычислительные устройства вызывают неизменный интерес посетителей и входят в число самых ценных экспонатов отдела вычислительной техники.

https://masterok.livejournal.c...

Политика лишь часть истории

Скованные одной сетью: "Нет России"

Намедни даже "Коммерсант", описывая ежегодное шествие левых партий, прошедшее в День защитник Отечества в Москве, удивился:"Если бы не обилие красного цвета и не портреты Сталина, ...

Новая старая роль России

Давным-давно, в далёкой Галактике… ой, не то… Формально в интернете я начал публиковаться в 2007 году. Но ещё за девять лет до этого, в 1998 году, я написал (шариковой ручкой на б...

Это был ШОК

Все мировые информагентства начинали свои выпуски с молний и разговоров о том, что в Крыму появились вооруженные люди без опознавательных знаков, позже их назовут "Вежливыми людьми" и э...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Михаил Руднев Вчера 20:37

    Германия между войнами. Интересные фото простых людей от Августа Зандера

    Здравствуйте уважаемые.   Реклама Приятного времени суток. https://foto-history.livejournal.com/13298249.html ...
    356
    Михаил Руднев Вчера 15:15

    Как колумбийская армия отправила своим пленным солдатам зашифрованное сообщение через поп-песню

    Когда операцию рассекретили, её соавтор получил «Золотого льва» на фестивале в Каннах Полковник Эспехо В середине 2010 года полковник Хосе Эспехо собирался выходить на пенсию после 22 лет военной службы. Но кое-что его никак не отпускало: он не мог уйти, оставив колумбийских солдат в плену у вооружённых партизанских отрядов ФАРК. Эспехо не хотел ...
    1384
    Михаил Руднев 26 февраля 21:46

    "Ассирийское рабство" в 1918 году

    Иван Владимиров. Трудовая повинность для купцов, дворян и уголовных преступников. 1919 10 декабря 1918 года кодекс законов о труде установил трудовую повинность для всех граждан РСФСР. Из воспоминаний Ф. Джордана, чернокожего слуги американского посла Д. Френсиса: "Большевики по-прежнему у власти и очень озлоблены на богатых. На прошлой неделе они оштрафовал...
    376
    Михаил Руднев 26 февраля 18:10

    Некоторые из машин Элвиса

    Здравствуйте уважаемые. У Элвиса Пресли было около 200 астомобилей и мотоциклов. Любил он это дело :-)) Особенно Кадди. Предлагаю сегодня вспомнить некоторые авто и его гаража. Итак.. Cadillac Fleetwood Cadillac Series 75 Fleetwood Limousine Lincoln Continental Mark II Реклама Rolls-Royce Silver Cloud III BMW 507 MGA 1600 Mk I...
    622
    Михаил Руднев 26 февраля 17:08

    Каталонцы против Византии: битва при Апросе

    Флорентийский хронист Джованни Виллани называл «отцом кондотьеров» Рожера Флорского — предводителя каталонских наёмников в Византии. С этой оценкой более или менее согласны многие современные историки. Однако история Великой каталонской компании не сводится к одной только истории Рожера — она гораздо протяжённее по времени и весь...
    444
    Михаил Руднев 25 февраля 14:22

    Кто и зачем заговорил о монархии во время конституционной реформы?

    Не кажется, читатель, что под конституционную реформу у нас нечто начало происходить? Сначала маргинал-любитель нетрадиционных «особых мнений» из Конституционного суда, сокурсник экс-премьера, доведшего до ручки социальную сферу и кичащегося своим антикоммунизмом, высунулся с «идеей» выбросить из отечественной истории 70 с лишним лет и замк...
    618
    Михаил Руднев 25 февраля 11:15

    Почему Сталин засекретил результаты переписи населения 1937 года

    Сбор данных проводился в Советском союзе не единожды. Однако только перепись 1937 года имела столь печальные последствия. Подготовка к всесоюзной переписи 1937 года была очень основательной. Свидетельством тому является тот факт, что еще в 1932 году в Московской области был запущен пробный шар – предварительная перепись, с учетом результатов которой плани...
    1267
    Михаил Руднев 24 февраля 19:01

    Почему война за Святую землю обернулась для христиан полным провалом

    Тот факт, что Святая земля находилась в руках сарацин сильно беспокоил католическую церковь. В 1096 году папа Урбан II призвал всех христиан отправиться в крестовый поход. Тогда он и понятия не имел, какой катастрофой обернется эта затея. В ожидании кары небесной В 1096 году состоялся Клермонский собор. В историю он вошел благодаря выступлению папы римского ...
    1321
    Михаил Руднев 24 февраля 15:21

    Сильнейшие снегопады в истории

    Сильный снегопад способен парализовать даже самый крупный город за считанные часы — дороги заметает снегом, люди не могут попасть на работу или домой, продукты не могут доставить в магазины, линии электропередач выходят из строя под тяжестью налипшего снега. Где-то коммунальные службы работают лучше, где-то не справляются, но факт остается фактом — несмотр...
    954
    Михаил Руднев 24 февраля 14:28

    Необычные награды советских маршалов. Часть 1

    Здравствуйте уважаемые. Наши маршалы с ног до головы обвешаны были наградами. И надо сказать, что большинство этих наград по объективным и субъективным причинам быди более-менее у всех одинаковые. Но я сегодня решил вас познакомить с некоторыми наградами, котоые были у конкретных полководцев, и не были у других маршалов. Точнее, начать знакомить :-) Попробуем? За с...
    644
    Михаил Руднев 24 февраля 12:28

    Почему князь Потёмкин стал Таврическим

    Читаю сейчас в новостях, как бывший посол США на Украине порекомендовал Киеву сконцентрироваться на ситуации в Донбассе, а не в Крыму. Он прямо сказал, что "вряд ли кто-то сейчас может дать вам ответ на вопрос, как вернуть Крым". Я уверен, что перспективы по этому вопросу понятны уже и всему миру и даже властям Украины. Они будут конечно, так же как и яп...
    619
    Михаил Руднев 23 февраля 21:55

    Жизнь и смерть Рожера де Флора

    31 августа 1302 года подписанием Кальтабеллотского договора закончилась война Сицилийской вечерни — 20-летний конфликт, втянувший в свою орбиту всё Западное Средиземноморье. Теперь крестьяне могли спокойно обрабатывать землю, а ремесленники — трудиться в своих мастерских. Но нашлись и те, кто не видел себя в мирном существовании и продолжал разорять земли,...
    470
    Михаил Руднев 23 февраля 20:05

    Царь, продавший Россию за 20 000 рублей

    Завершением так называемого Смутного времени в России принято считать Земский собор 1613 года, на котором новым русским царем был избран Михаил Романов. Однако еще два десятка лет в Варшаве «великим князем Московским» именовали совсем другого человека… Приди и владей Самое интересное, что Владислав Жигимонтович, он же польский королеви...
    1368
    Михаил Руднев 23 февраля 16:09

    Камча. Символ ногайской власти

    Ногайцы – это тюркоязычный этнос, который формировался во взаимоотношениях татар, печенегов, монголов и некоторых других кочевых племён. Имя своё они получили благодаря золотоордынскому беклярбеку Ногаю. В период возвышения Ногая от него зависели Болгарское царство, он воевал с Византией и ходил походами совместно с русскими князьями на Литву и Польшу, разорял...
    694
    Михаил Руднев 22 февраля 17:42

    Подводная лодка на станции «Пионерская»

    Малая Донецкая железная дорога имени В. В. Приклонского открылась в 1972 году. На ней по сей день работает две станции - «Пионерская» и «Шахтерская». На крыше станции «Пионерской» имеется необычное сооружение, похожее на подводную лодку или космический корабль. Длительность поездки по дороге составляет 25 минут. На детской дороге...
    588
    Михаил Руднев 22 февраля 10:17

    Ответ «неблагодарных братушек». Россия и Болгария в 1878—1944 годах

    Источник: wikipedia.org Этот текст является ответом на статью «Болгарская благодарность России: тут помним, тут не помним», опубликованную в журнале «Военное обозрение» 7 февраля 2020 года, а конкретно на выраженное в статье мнение о «неблагодарных братушках». Вкратце мнение можно свести к следующему: Ах вы, неб...
    1820
    Михаил Руднев 21 февраля 11:59

    Почему украинцы любят сало?

    Украина - это конечно сало. Да, сейчас может сало не так распространено и не так любимо, но это давнее традиционное блюдо на Украине и все про это помнят. Я вот не задумывался, но этому же есть объективное историческое объяснение... Сначала я встретил упоминание о том, что на Украине свинью называют "сакральным животным". Начал выяснять, с чего бы ...
    1873
    Михаил Руднев 19 февраля 15:28

    В начале славных дел

    Разгромив русские войска под Нарвой в ноябре 1700 года, шведы решили ударить по Архангельску — самому крупному российскому торговому порту, через который Россия вела коммерцию с Англией и Голландией. Этот план имел все шансы на успех, если бы русские не предприняли вовремя контрмеры. Потерпев неудачу, шведы попытались подобраться к противнику с другой сторо...
    1589
    Михаил Руднев 19 февраля 14:38

    Молодежная субкультура поздней ГДР

    Здравствуйте уважаемые. Уникальное было явление. По количеству панков и прочих ярких представителей субкультуры, переплюнули, наверное всю Европу вместе взятую :-)   Реклама Приятного времени суток.   https://foto-history.livejournal.com/13275592.html ...
    382
    Михаил Руднев 18 февраля 21:37

    Парфянская война Северов

    Победы, одержанные императорами Траяном (98–117) и Луцием Вером (161–169) над парфянами, наглядно продемонстрировали, что Парфия перестала быть тем грозным соперником, с которым Риму прежде доводилось делить власть над миром. Обманчивая лёгкость этих побед напомнила римлянам о славе Александра Великого и заставила их...
    839
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика