Bukvalno tek sada sam saznao za apsolutno nevjerojatan uređaj - vodno računalo. Lukyanov hidraulični integrator - prvi računalni stroj na svijetu za rješavanje parcijalnih diferencijalnih jednadžbi - tijekom pola stoljeća bio je jedino sredstvo za računarstvo povezano s širokim spektrom problema matematičke fizike.
1936. izradio je računski stroj, na kojem su sve matematičke operacije obavljale protočne vode. Jeste li čuli za ovo?
Prvi hidrointegrator IG-1 dizajniran je za rješavanje najjednostavnijih - jednodimenzionalnih problema. 1941. dizajniran je dvodimenzionalni hidraulički integrator u obliku zasebnih odjeljaka. Nakon toga, integrator je modificiran za rješavanje trodimenzionalnih problema.
Nakon organizacije masovne proizvodnje, integratori su se počeli izvoziti u inozemstvo: u Čehoslovačku, Poljsku, Bugarsku i Kinu. Ali oni su dobili najveću distribuciju u našoj zemlji. Uz njihovu pomoć provedena su znanstvena istraživanja u naselju "Mirny", proračuni projekta Karakumskog kanala i magistralne pruge Baikal-Amur. Hidrointegratori se uspješno koriste u rudarstvu, geologiji, građevinskoj toplinskoj fizici, metalurgiji, raketarstvu i mnogim drugim područjima.
Prva digitalna elektronička računala (DECM) koja su se pojavila u ranim pedesetima nisu se mogla natjecati s "vodenom" mašinom. Glavne prednosti hidrointegratora su jasnoća postupka proračuna, jednostavnost dizajna i programiranja. Računala prve i druge generacije bila su skupa, imala su slabe performanse, malu veličinu memorije, ograničen skup periferne opreme, loše razvijen softver i zahtijevalo kvalificirano održavanje. Naročito su se problemi s permafrostom lako i brzo riješili na hidrointegratoru, a na računalu - s velikim poteškoćama. Sredinom 1970-ih hidraulički integratori korišteni su u 115 industrijskih, znanstvenih i obrazovnih organizacija smještenih u 40 gradova naše zemlje. Tek u ranim 80-ima to su mali, jeftini,s digitalnim računalima velike brzine i memorije, koji u potpunosti pokrivaju mogućnosti hidrointegratora.
I još malo za one koje zanimaju detalji.
Promotivni video:
Stvaranje hidrointegratora bilo je diktirano složenim inženjerskim problemom, s kojim se mladi specijalist V. Lukyanov suočio u prvoj godini rada.
Nakon što je diplomirao na Moskovskom institutu željezničkih inženjera (MIIT), Lukyanov je upućen na izgradnju željeznica Troitsk-Orsk i Kartaly-Magnitnaya (danas Magnitogorsk).
U 1920-ima i 1930-ima gradnja željeznica bila je usporena. Glavni radni alat bili su lopata, pikapolonica i kolica, a iskopi i betoniranje vršeni su tek ljeti. No, kvaliteta radova i dalje je bila niska, pojavile su se pukotine - bičevi armiranobetonskih konstrukcija.
Lukyanov se zainteresirao za uzroke pukotina betona. Stručnjaci se susreću sa sumnjom o njihovom temperaturnom podrijetlu. Mladi inženjer započinje istraživanje temperaturnih režima u zidanju betona, ovisno o sastavu betona, korištenom cementu, tehnologiji rada i vanjskim uvjetima. Raspodjela toplinskih tokova opisuje se složenim odnosima temperature i svojstava betona koji se vremenom mijenjaju. Ti su odnosi izraženi tzv. Parcijalnim diferencijalnim jednadžbama. Međutim, metode izračuna koje su postojale u to vrijeme (1928.) nisu mogle dati brzo i točno rješenje.
U potrazi za načinima da riješi problem, Lukyanov se obraća radovima matematičara i inženjera. Pravi smjer pronalazi u djelima izvanrednih ruskih znanstvenika - akademika A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky i M. V. Kirpichev.
Brodski inženjer, mehaničar, fizičar i matematičar akademik Aleksej Nikolajevič Krilov (1863-1945) krajem 1910. izgradio je jedinstveni mehanički analogni računski stroj - diferencijalni integrator za rješavanje običnih diferencijalnih jednadžbi četvrtog reda.
Akademik Nikolaj Nikolajevič Pavlovski (1884-1937) bavio se hidraulikom. 1918. godine dokazao je mogućnost zamjene jednog fizičkog procesa s drugim ako su opisani istom jednadžbom (načelo analogije u modeliranju).
Akademik Mihail Viktorovič Kirpichev (1879-1955) - specijalist za područje toplotnog inženjerstva, razvio je teoriju modeliranja procesa u industrijskim instalacijama - metodu lokalnog toplinskog modeliranja. Metoda je omogućila reprodukciju pojava opaženih u velikim industrijskim postrojenjima u laboratorijskim uvjetima.
Lukyanov je uspio generalizirati ideje velikih znanstvenika: model je najviši stupanj vizualizacije matematičke istine. Nakon što je proveo istraživanje i osigurao da su zakoni protoka vode i širenja topline u velikoj mjeri slični, zaključio je da voda može djelovati kao model toplinskog procesa. Lukyanov je 1934. predložio fundamentalno novu metodu mehanizacije izračuna nestabilnih procesa - metodu hidrauličkih analogija, a godinu dana kasnije stvorio je toplinski hidraulički model kako bi demonstrirao metodu. Ovaj primitivni uređaj, napravljen od krovnog željeza, lima i staklenih cijevi, uspješno je riješio problem proučavanja temperaturnih uvjeta betona.
Njegova glavna jedinica bile su vertikalne glavne posude određenog kapaciteta, međusobno povezane cijevima s promjenjivim hidrauličkim otporom i povezane s pokretnim posudama. Podižući ih i spuštajući, promijenili su tlak vode u glavnim posudama. Pokretanje ili zaustavljanje postupka izračuna izvodili su dizalice s općom kontrolom.
1936. pušten je u rad prvi svjetski računalni stroj za rješavanje parcijalnih diferencijalnih jednadžbi, Lukyanov hidraulični integrator.
Da bi se riješio problem na hidrointegratoru, bilo je potrebno:
1) sastavi nacrt dizajna procesa koji se proučava;
2) na temelju ovog dijagrama spojiti posude, odrediti i odabrati vrijednosti hidrauličkog otpora cijevi;
3) izračunati početne vrijednosti tražene vrijednosti;
4) nacrtati grafikon promjena u vanjskim uvjetima modeliranog procesa.
Nakon toga su postavljene početne vrijednosti: glavna i pomična posuda s zatvorenim slavinama napunjena su vodom do izračunatih razina i označena na grafičkom papiru pričvršćenom za piezometre (mjerne cijevi) - dobivena je vrsta krivulje. Tada su se istovremeno otvorili svi slavine, a istraživač je promijenio visinu pomičnih posuda u skladu s rasporedom promjena vanjskih uvjeta simuliranog procesa. U ovom se slučaju tlak vode u glavnim posudama mijenjao prema istom zakonu kao i temperatura. Razine tekućine u piezometrima promijenile su se, u pravo vrijeme kad su slavine bile zatvorene, zaustavljajući proces, a novi položaji razina označeni su na grafičkom papiru. Na temelju tih oznaka sagrađen je graf koji je rješenje problema.
Mogućnosti hidrointegratora pokazale su se neobično širokim i obećavajućim. Godine 1938. V. S. Luk'yanov osnovao je laboratorij hidrauličkih analogija, koji je ubrzo postao osnovna organizacija za uvođenje metode u nacionalno gospodarstvo zemlje. Ostao je šef ovog laboratorija četrdeset godina.
Glavni uvjet za široku uporabu metode hidrauličke analogije bilo je poboljšanje hidrauličkog integratora. Stvaranje dizajna prikladnog za praktičnu primjenu omogućilo je rješavanje problema različitih vrsta - jednodimenzionalnih, dvodimenzionalnih i trodimenzionalnih. Na primjer, protok vode u pravocrtnim granicama je jednodimenzionalni protok. Dvodimenzionalno kretanje uočava se u područjima velikih riječnih zavoja, u blizini otoka i poluotoka, a podzemna voda se širi u tri dimenzije.
Prvi hidrointegrator IG-1 dizajniran je za rješavanje najjednostavnijih - jednodimenzionalnih zadataka. 1941. dizajniran je dvodimenzionalni hidraulički integrator u obliku zasebnih odjeljaka.
1949. dekretom Vijeća ministara SSSR-a, u Moskvi je stvoren poseban institut "NIISCHETMASH", koji je dobio odabir i pripremu za serijsku proizvodnju novih modela računalne tehnologije. Jedan od prvih takvih strojeva bio je hidrointegrator. Za šest godina institut je izradio novi njegov dizajn iz standardnih unificiranih blokova, a u tvornici za računanje i analitičke strojeve u Ryazanu započela je njihova serijska proizvodnja tvorničkim brandom IGL (integrator Lukyanovog hidrauličkog sustava). Prije toga, u moskovskom pogonu za računske i analitičke strojeve (CAM) izgrađeni su pojedinačni hidraulički integratori. Tijekom procesa proizvodnje odjeljci su modificirani kako bi se riješili trodimenzionalni problemi.
Godine 1951. V. S. Lukyanov je dobio Državnu nagradu za stvaranje obitelji hidrointegratora.
Nakon organizacije masovne proizvodnje, integratori su se počeli izvoziti u inozemstvo: u Čehoslovačku, Poljsku, Bugarsku i Kinu. Ali oni su dobili najveću distribuciju u našoj zemlji. Uz njihovu pomoć provedena su znanstvena istraživanja u naselju "Mirny", proračuni projekta Karakumskog kanala i magistralne pruge Baikal-Amur. Hidrointegratori se uspješno koriste u rudarstvu, geologiji, građevinskoj toplinskoj fizici, metalurgiji, raketarstvu i mnogim drugim područjima.
Učinkovitost metode hidrauličkih analogija u proizvodnji armiranobetonskih blokova prve hidroelektrane na svijetu od montažnog betona - Saratovske hidroelektrane im. Lenjin Komsomol (1956-1970). Bilo je potrebno razviti tehnologiju proizvodnje za oko tri tisuće ogromnih blokova težine do 200 tona. Blokovi su morali brzo sazrijevati bez pucanja na proizvodnoj traci u svako godišnje doba i odmah su postavljeni na svoje mjesto. Vrlo složeni izračuni temperaturnog režima, uzimajući u obzir kontinuiranu promjenu svojstava očvrslog betona i uvjeta električnog grijanja, izvršeni su pravovremeno i u potrebnom volumenu samo zahvaljujući Lukyanovim hidrointegratorima. Teorijski proračuni u kombinaciji s ispitivanjima na pilot lokaciji i u proizvodnji omogućili su izradu tehnologije izrade blokova besprijekorne kvalitete.
Prva digitalna elektronička računala (DECM) koja su se pojavila u ranim pedesetima nisu se mogla natjecati s "vodenom" mašinom. Glavne prednosti hidrointegratora su jasnoća postupka proračuna, jednostavnost dizajna i programiranja. Računala prve i druge generacije bila su skupa, imala su slabe performanse, malu veličinu memorije, ograničen skup periferne opreme, loše razvijen softver i zahtijevalo kvalificirano održavanje. Naročito su se problemi s permafrostom lako i brzo riješili na hidrointegratoru, a na računalu - s velikim poteškoćama. Štoviše, preliminarna primjena metode hidrauličkih analogija pomogla je u postavljanju problema, sugeriranju načina programiranja računala, pa čak i kontroliranja kako bi se izbjegle velike pogreške. Sredinom 1970-ih hidraulički integratori korišteni su u 115 industrijskih, znanstvenih i obrazovnih organizacija smještenih u 40 gradova naše zemlje. Tek na početku 80-ih pojavila su se jeftina digitalna računala malih dimenzija velike brzine i memorijske sposobnosti, koji su u potpunosti preklapali mogućnosti hidrointegratora.
Dva Lukyanova hidrointegratora predstavljena su u zbirci analognih strojeva Politehničkog muzeja u Moskvi. Rijetki su to eksponati velike povijesne vrijednosti, spomenici znanosti i tehnike. Originalni računalni uređaji posjetitelji su neprestano zanimljivi i jedan su od najcjenjenijih eksponata u odjelu za računanje.