Гидравлика решает: для чего в СССР создавались гидравлические компьютеры

Это вам не электрический комплюктер, а гидроинтегратор Лукьянова! Который успешно решал дифференциальные уравнения с частными производными. Благодаря этой чудо-машине был построен БАМ, Саратовская ГЭС и до кучи других масштабных и сложных проектов.                                    





Смотреть все фото в галерее
Современный компьютер появился сравнительно недавно. Но мы уже начали забывать, что вычислительная машина может выглядеть иначе и, более того, ей совершенно необязательно работать на электричестве. Вспомним историю. Первый в мире компьютер, который был механическим, изобрел англичанин Чарльз Бэббидж в XIX веке. А в первой половине XX века советский ученый Владимир Лукьянов представил миру не менее удивительную машину, которая была способна решать дифференциальные уравнения в частных производных. Принцип ее работы основывался на перетекании воды по системе стеклянных трубок.    
×
Компьютер Чарльза Бэббиджа


В 1925 году, совсем недавно закончившего строительный факультет МИИПС, Владимира Лукьянова направляют работать инженером на строительство уральских железных дорог. В то время прокладка ж/д путей велась медленно. Проблема заключалась в том, что бетонирование было возможно только в теплое время года. Но даже летом качество бетонирования было ни к черту - бетон постоянно растрескивался.
Лукьянов предположил, что всему виной температурные перепады и возникающие вследствие этого напряжения. Мысли вчерашнего студента бывалые коллеги встретили со скепсисом. Тогда Лукьянов решает начать самостоятельное изучение свойств бетона в зависимости от температуры, влажности и качества исходных материалов.    
Лукьянов Владимир Сергеевич (1902-1980)


Тут требовались серьезные математические вычисления, которые были не по зубам даже опытным математикам. К тому же в 1928 году не существовало расчетных методов, которые бы помогли быстро и верно решить дифференциальные уравнения в частных производных.
Но Лукьянов знал, что еще в 1918 году ученый-гидравлик Николай Павловский доказал, что можно смоделировать один процесс, заменив его другим, если оба процесса описываются одними и теми же уравнениями. А второй ученый, теплотехник Михаил Кирпичев, разработал технологию моделирования производственных процессов в лаборатории.
Поразмыслив, молодой инженер решил объединить идеи обоих ученых. Лукьянов пришел к выводу, что процесс изменения температуры можно смоделировать при помощи гидравлических процессов - ведь охлаждение бетона и процессы перелива жидкостей описываются одними и теми же дифференциальными уравнениями.
Но для расчетов Владимиру Лукьянову требовалось совсем ничего - вычислительная машина. Но благо, в 1910 году русский инженер-кораблестроитель Алексей Крылов представил изобретение - аналоговый интегратор, который мог решать дифуры 4-го порядка.    


На протяжении нескольких лет Лукьянов работал над объединением идей своих гениальных предшественников, и к 1934 году обосновал гидравлический метод аналогий для механизации расчетов теплотехнических процессов.
В 1935 году появилась первая модель гидрокомпьютера. Она не отличалась изяществом и выполнена была из примитивных материалов - трубки из стекла, жести и кровельного железа. Но уже через год была запущена доведенная до ума вычислительная машина, которая получила название "гидроинтегратор Лукьянова".    


Главным узлом в гидроинтеграторе, как нетрудно догадаться, были стеклянные сосуды определенной емкости, которые соединялись трубками. Трубки, в свою очередь, имели возможность менять гидравлическое сопротивление - это было необходимо для моделирования различных начальных условий. Подвижные сосуды, к которым были подключены трубки, можно было перемещать вверх или вниз. Таким образом менялся напор жидкости в главных сосудах. А процесс расчета запускался или останавливался специальными кранами.
Так выглядит процесс программирования гидроинтегратора для решения той или иной задачи:
Во-первых, создается расчетная схема процесса, который будет исследован. Во-вторых, соединяются сосуды на основании расчетной схемы и определяются параметры гидравлических сопротивлений соединительных трубок, в-третьих, производится расчет начальных значений искомой величины, в-четвертых, создается график изменений начальных условий процесса, который будет смоделирован.    


После того, как выполнены предварительные задачи, задаются начальные значения - подвижные и главные сосуды заполняются до расчетной величины водой.
Начальное положение воды пьезометрах (измерительных трубках) отмечались на миллиметровке. Затем открывались краны, вода начинала переливаться, через некоторые промежутки времени они закрывались, а новые положения жидкости в пьезометрах также отмечались на миллиметровке. Благодаря отметкам составлялся график - он и являлся решением поставленной задачи.    


В свое время гидравлический компьютер стал революцией. Открывающиеся перспективы видели даже в верхах. Владимиру Лукьянову доверили создание и руководство лаборатории гидравлических аналогий, где ученый и проработал более 40 лет.
Первый интегратор (ИГ-1), запущенный в 1935 году, решал только самые простые одномерные задачи. Но уже к 1941 году был создан состоящий из отдельных секций, двумерный интегратор. К 1955 году Лукьянов с коллегами создал гидравлический компьютер, которой уже был способен решать трехмерные процессы.    


Стоить вспомнить, что в 50-х годах уже появились примитивные ЭВМ. Но они отличались сложностью программирования и медленной скоростью. На их фоне гидроинтеграторы были и проще, и эффективнее. Многие важные расчеты в стране производились "на воде". Проекты БАМа, Каракумского канала, строительство Саратовской ГЭС - все они были построены благодаря расчетам вычислительной машины Лукьянова.    
ИГ-3


К середине 70-х годов гидравлические интеграторы использовались в 115 организациях по всему Союзу. Более того, они работали и в странах СЭВ.
Но технологии не стоят на месте. В 80-х годах появились компактные и быстродействующие ЭВМ, которые быстро вытеснили гидроинтеграторы. Теперь их место, увы, в музеях. Кстати, их осталось всего две штуки и обе хранятся в Политехническом музее в Москве.    


Современный компьютер появился сравнительно недавно. Но мы уже начали забывать, что вычислительная машина может выглядеть иначе и, более того, ей совершенно необязательно работать на электричестве. Вспомним историю. Первый в мире компьютер, который был механическим, изобрел англичанин Чарльз Бэббидж в XIX веке. А в первой половине XX века советский ученый Владимир Лукьянов представил миру не менее удивительную машину, которая была способна решать дифференциальные уравнения в частных производных. Принцип ее работы основывался на перетекании воды по системе стеклянных трубок.    
В 1925 году, совсем недавно закончившего строительный факультет МИИПС, Владимира Лукьянова направляют работать инженером на строительство уральских железных дорог. В то время прокладка ж/д путей велась медленно. Проблема заключалась в том, что бетонирование было возможно только в теплое время года. Но даже летом качество бетонирования было ни к черту - бетон постоянно растрескивался.
Лукьянов предположил, что всему виной температурные перепады и возникающие вследствие этого напряжения. Мысли вчерашнего студента бывалые коллеги встретили со скепсисом. Тогда Лукьянов решает начать самостоятельное изучение свойств бетона в зависимости от температуры, влажности и качества исходных материалов.    
Тут требовались серьезные математические вычисления, которые были не по зубам даже опытным математикам. К тому же в 1928 году не существовало расчетных методов, которые бы помогли быстро и верно решить дифференциальные уравнения в частных производных.
Но Лукьянов знал, что еще в 1918 году ученый-гидравлик Николай Павловский доказал, что можно смоделировать один процесс, заменив его другим, если оба процесса описываются одними и теми же уравнениями. А второй ученый, теплотехник Михаил Кирпичев, разработал технологию моделирования производственных процессов в лаборатории.
Поразмыслив, молодой инженер решил объединить идеи обоих ученых. Лукьянов пришел к выводу, что процесс изменения температуры можно смоделировать при помощи гидравлических процессов - ведь охлаждение бетона и процессы перелива жидкостей описываются одними и теми же дифференциальными уравнениями.
Но для расчетов Владимиру Лукьянову требовалось совсем ничего - вычислительная машина. Но благо, в 1910 году русский инженер-кораблестроитель Алексей Крылов представил изобретение - аналоговый интегратор, который мог решать дифуры 4-го порядка.    
На протяжении нескольких лет Лукьянов работал над объединением идей своих гениальных предшественников, и к 1934 году обосновал гидравлический метод аналогий для механизации расчетов теплотехнических процессов.
В 1935 году появилась первая модель гидрокомпьютера. Она не отличалась изяществом и выполнена была из примитивных материалов - трубки из стекла, жести и кровельного железа. Но уже через год была запущена доведенная до ума вычислительная машина, которая получила название "гидроинтегратор Лукьянова".    
Главным узлом в гидроинтеграторе, как нетрудно догадаться, были стеклянные сосуды определенной емкости, которые соединялись трубками. Трубки, в свою очередь, имели возможность менять гидравлическое сопротивление - это было необходимо для моделирования различных начальных условий. Подвижные сосуды, к которым были подключены трубки, можно было перемещать вверх или вниз. Таким образом менялся напор жидкости в главных сосудах. А процесс расчета запускался или останавливался специальными кранами.
Так выглядит процесс программирования гидроинтегратора для решения той или иной задачи:
Во-первых, создается расчетная схема процесса, который будет исследован. Во-вторых, соединяются сосуды на основании расчетной схемы и определяются параметры гидравлических сопротивлений соединительных трубок, в-третьих, производится расчет начальных значений искомой величины, в-четвертых, создается график изменений начальных условий процесса, который будет смоделирован.    
После того, как выполнены предварительные задачи, задаются начальные значения - подвижные и главные сосуды заполняются до расчетной величины водой.
Начальное положение воды пьезометрах (измерительных трубках) отмечались на миллиметровке. Затем открывались краны, вода начинала переливаться, через некоторые промежутки времени они закрывались, а новые положения жидкости в пьезометрах также отмечались на миллиметровке. Благодаря отметкам составлялся график - он и являлся решением поставленной задачи.    
В свое время гидравлический компьютер стал революцией. Открывающиеся перспективы видели даже в верхах. Владимиру Лукьянову доверили создание и руководство лаборатории гидравлических аналогий, где ученый и проработал более 40 лет.
Первый интегратор (ИГ-1), запущенный в 1935 году, решал только самые простые одномерные задачи. Но уже к 1941 году был создан состоящий из отдельных секций, двумерный интегратор. К 1955 году Лукьянов с коллегами создал гидравлический компьютер, которой уже был способен решать трехмерные процессы.    
Стоить вспомнить, что в 50-х годах уже появились примитивные ЭВМ. Но они отличались сложностью программирования и медленной скоростью. На их фоне гидроинтеграторы были и проще, и эффективнее. Многие важные расчеты в стране производились "на воде". Проекты БАМа, Каракумского канала, строительство Саратовской ГЭС - все они были построены благодаря расчетам вычислительной машины Лукьянова.    
К середине 70-х годов гидравлические интеграторы использовались в 115 организациях по всему Союзу. Более того, они работали и в странах СЭВ.
Но технологии не стоят на месте. В 80-х годах появились компактные и быстродействующие ЭВМ, которые быстро вытеснили гидроинтеграторы. Теперь их место, увы, в музеях. Кстати, их осталось всего две штуки и обе хранятся в Политехническом музее в Москве.