Инженер Лукьянов и его гидравлический компьютер
Память СССР ☭

    В 1936 году советский инженер и учёный Владимир Лукьянов создал вычислительную машину, все математические операции в которой выполняла текущая вода.

    Москва во все времена была средоточием научно-технических сил государства. Из 392 открытий 1931-1990 годов (имеются в виду только официально зарегистрированные и внесенные в Государственный реестр), более 180 были сделаны москвичами или при их активном участии. Московские исследователи внесли значительный вклад в развитие отечественной и мировой науки. В их числе — талантливый советский ученый, лауреат Государственной премии, профессор, доктор технических наук Владимир Сергеевич Лукьянов (1902-1980). Его исследования вывели СССР на ведущие позиции в области аналоговых средств вычислительной техники.

    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. 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.

    Дело в том, что многие естественные процессы, на первый взгляд мало схожие друг с другом, развиваются по очень близким законам и нередко даже описываются одинаковыми формулами. Поэтому одно явление, которое легко заметить и описать, может служить хорошей аналогией другого, гораздо более сложного для наблюдений и расчетов.

    Например, движение воды (гидродинамика) в некоторых случаях позволяет довольно точно моделировать распространение тепла (термодинамику). «Трудоемкий процесс расчета изменения температуры во времени, связанный с применением метода конечных разностей, может быть значительно упрощен при применении гидравлического моделирования, осуществляемого на гидроинтеграторе В. С. Лукьянова», — писали «Известия АН СССР» в 1947 г.

    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.

    Составив расчетную схему интересующего процесса, изобретатель собирал хитрое устройство из сосудов и трубок, отношения между которыми описывалось теми же формулами, что и исходный процесс. Затем, задав начальные условия в одной группе сосудов, оставалось наполнить их водой, замерить уровни воды в другой группе сосудов — и получить нужные данные расчетов.

    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 СССР. 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. В 1956 г. рязанский завод САМ передал Политеху ультрасовременное по тем временам вычислительное устройство ИГ-3. Сегодня, в эпоху повсеместного распространения компьютеров, «Интегратор гидравлический, модель №3» особенно интригует посетителей экспозиции музея на ВДНХ. Оригинальные вычислительные устройства вызывают неизменный интерес посетителей и входят в число самых ценных экспонатов отдела вычислительной техники.
    Источник: back-in-ussr.info



    Дочитали статью до конца? Пожалуйста, примите участие в обсуждении, выскажите свою точку зрения, либо просто проставьте оценку статье.

    Вы также можете:

    • Перейти на главную и ознакомиться с самыми интересными постами дня
    • Добавить статью в заметки на: Добавить эту статью в TwitterДобавить эту статью ВконтактеДобавить эту статью в FacebookПоделиться В Моем Мире
    • Добавить на Яндекс

    • 0
    • 17 декабря 2017, 09:28
    • kuzmin

    Специальные предложения


    Резиновая плитка для пола «Модуль»

    Вулканизированная резина для пола в тренажерном зале обладает исключительной прочностью и укладывается как полы для занятий штангой и спортивные мобильные тяжелоатлетические площадки на улице. Покрытие не крошится и не впитывает влагу, это литая вулканизированная резина, не крошка! Покрытие послужит незаменимым полом в ангары для хранения мотоциклов, снегоходов, лодок, гидроциклов, катеров и яхт…

    Резиновое покрытие Трансформер «ЗЕРНО»

    Уникальное напольное покрытие из резины для быстрой и самостоятельной сборки пола в гараже. Полы в личном гараже Вы можете собрать своими руками, без привлечения строителей. Удобный предустановленный замок, позволит произвести монтаж резиновых плит без применения клея. Покрытие устойчиво к шипам, износу и проливу технических масел и бензина…

    Модульная плитка ПВХ для пола

    Модульная плитка ПВХ для пола в гараж, автосервис, цех, торгово-развлекательный центр, офис, фитнес и тренажерный зал, зрительный зал кинотеатра, склад. Модульные плитки ПВХ настолько просты в монтаже, что не требуют специальных навыков для своей установки. Неподготовленный человек может собрать более 100 кв.м. напольного покрытия за один рабочий день. Для сборки не требуется клей, цемент и другие крепежные материалы...


    +7 (495) 969-75-83

    +7 (495) 969-75-83

    +7 (495) 969-75-83

    Смотреть все предложения...

    Новостная сеть блогов MyWebS - это всё самое актуальное: основные мировые новости, лучшие фотографии из последних новостей. А также просто полезная и занимательная информация: о событиях в России, о достижениях в мире технологий, о загадочном и непостижимом, об исторических фактах и просто о знаменательных событиях.

    © Copyright 2010–2018