Literalmente, acabei de aprender sobre um dispositivo absolutamente incrível - um computador de água. O integrador hidráulico de Lukyanov - a primeira máquina de computação do mundo para resolver equações diferenciais parciais - foi por meio século o único meio de computação relacionado a uma ampla gama de problemas em física matemática.
Em 1936, ele criou uma máquina de calcular, na qual todas as operações matemáticas eram realizadas por água corrente. Você já ouviu falar disso?
O primeiro hidrointegrador IG-1 foi projetado para resolver os problemas mais simples - unidimensionais. Em 1941, um integrador hidráulico bidimensional foi projetado na forma de seções separadas. Posteriormente, o integrador foi modificado para solucionar problemas tridimensionais.
Após a organização da produção em massa, os integradores passaram a ser exportados para o exterior: para a Tchecoslováquia, Polônia, Bulgária e China. Mas eles receberam a maior distribuição em nosso país. Com a ajuda deles, foram realizadas pesquisas científicas no assentamento "Mirny", cálculos do projeto do Canal Karakum e da Mainline Baikal-Amur. Os hidrointegradores têm sido usados com sucesso na construção de minas, geologia, física térmica da construção, metalurgia, foguetes e muitas outras áreas.
Os primeiros computadores eletrônicos digitais (DECM) que surgiram no início dos anos 50 não podiam competir com a máquina da "água". As principais vantagens do hidrointegrador são a clareza do processo de cálculo, a simplicidade do projeto e da programação. Os computadores da primeira e segunda gerações eram caros, tinham baixo desempenho, memória pequena, conjunto limitado de equipamentos periféricos, software mal desenvolvido e manutenção qualificada necessária. Em particular, os problemas do permafrost foram resolvidos fácil e rapidamente em um hidrointegrador e em um computador - com grandes dificuldades. Em meados da década de 1970, integradores hidráulicos eram usados em 115 organizações industriais, científicas e educacionais localizadas em 40 cidades do nosso país. Somente no início dos anos 80 as pequenas, baratas,com computadores digitais de alta velocidade e capacidade de memória, cobrindo completamente as capacidades do hidrointegrador.
E um pouco mais para quem se interessa pelos detalhes.
Vídeo promocional:
A criação do hidrointegrador foi ditada por um problema complexo de engenharia, que o jovem especialista V. Lukyanov enfrentou no primeiro ano de trabalho.
Depois de se formar no Instituto de Engenheiros Ferroviários de Moscou (MIIT), Lukyanov foi enviado para a construção das ferrovias Troitsk-Orsk e Kartaly-Magnitnaya (agora Magnitogorsk).
Nas décadas de 1920 e 1930, a construção de ferrovias era lenta. As principais ferramentas de trabalho eram uma pá, uma picareta e um carrinho de mão, e a escavação e a concretagem eram realizadas apenas no verão. Mas a qualidade da obra continuava baixa, surgiram fissuras - o flagelo das estruturas de concreto armado.
Lukyanov se interessou pelas causas das rachaduras no concreto. Sua suposição sobre a origem da temperatura é recebida com ceticismo por parte dos especialistas. O jovem engenheiro começa a pesquisar regimes de temperatura em alvenaria de concreto, em função da composição do concreto, do cimento utilizado, da tecnologia de trabalho e das condições externas. A distribuição dos fluxos de calor é descrita por relações complexas entre a temperatura e as propriedades do concreto que mudam com o tempo. Essas relações são expressas pelas chamadas equações diferenciais parciais. Porém, os métodos de cálculo que existiam naquela época (1928) não davam uma solução rápida e precisa.
Em busca de soluções para o problema, Lukyanov recorre aos trabalhos de matemáticos e engenheiros. Ele encontra a direção certa nos trabalhos de cientistas russos de destaque - os acadêmicos A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky e M. V. Kirpichev.
O engenheiro de construção naval, mecânico, físico e matemático Acadêmico Alexei Nikolaevich Krylov (1863-1945) no final de 1910 construiu uma máquina de computação analógica mecânica única - um integrador diferencial para resolver equações diferenciais ordinárias de 4ª ordem.
O acadêmico Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) lidou com a hidráulica. Em 1918, ele provou a possibilidade de substituir um processo físico por outro se eles forem descritos pela mesma equação (o princípio da analogia na modelagem).
O acadêmico Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) - especialista na área de engenharia térmica, desenvolveu a teoria dos processos de modelagem em instalações industriais - o método de modelagem térmica local. O método tornou possível reproduzir os fenômenos observados em grandes instalações industriais em condições de laboratório.
Lukyanov foi capaz de generalizar as idéias de grandes cientistas: um modelo é o mais alto grau de visualização da verdade matemática. Depois de realizar pesquisas e se certificar de que as leis do fluxo da água e da propagação do calor são bastante semelhantes, ele concluiu que a água pode atuar como um modelo do processo térmico. Em 1934, Lukyanov propôs uma forma fundamentalmente nova de mecanizar os cálculos de processos instáveis - o método de analogias hidráulicas e, um ano depois, criou um modelo termo-hidráulico para demonstrar o método. Este dispositivo primitivo, feito de ferro para telhados, chapas de metal e tubos de vidro, resolveu com sucesso o problema de estudar as condições de temperatura do concreto.
Sua unidade principal eram vasos principais verticais de certa capacidade, interligados por tubos com resistências hidráulicas variáveis e conectados a vasos móveis. Erguendo-os e baixando-os, eles mudaram a pressão da água nos vasos principais. O início ou a parada do processo de cálculo foi realizado por guindastes com controle geral.
Em 1936, a primeira máquina de computação do mundo para resolver equações diferenciais parciais, o integrador hidráulico de Lukyanov, foi colocada em operação.
Para resolver o problema do hidrointegrador, foi necessário:
1) elaborar um diagrama de projeto do processo em estudo;
2) com base neste diagrama, conecte os vasos, determine e selecione os valores da resistência hidráulica dos tubos;
3) calcular os valores iniciais do valor requerido;
4) desenhar um gráfico das mudanças nas condições externas do processo modelado.
Em seguida, foram definidos os valores iniciais: os vasos principais e móveis com torneiras fechadas foram enchidos com água até os níveis calculados e marcados em papel milimetrado preso atrás de piezômetros (tubos de medição) - uma espécie de curva foi obtida. Em seguida, todas as torneiras foram abertas simultaneamente, e o pesquisador alterou a altura dos vasos móveis de acordo com o cronograma de mudanças nas condições externas do processo simulado. Nesse caso, a pressão da água nos vasos principais variava de acordo com a mesma lei da temperatura. Os níveis de líquido nos piezômetros mudaram, no momento certo as torneiras foram fechadas, interrompendo o processo, e as novas posições dos níveis foram marcadas em papel milimetrado. Com base nessas marcações, foi construído um gráfico, que foi a solução para o problema.
As capacidades do hidrointegrador revelaram-se extraordinariamente amplas e promissoras. Em 1938, V. S. Luk'yanov fundou um laboratório de analogias hidráulicas, que logo se tornou a organização básica para a introdução do método na economia nacional do país. Ele permaneceu como chefe deste laboratório por quarenta anos.
A principal condição para o uso generalizado do método de analogia hidráulica foi o aprimoramento do integrador hidráulico. A criação de uma estrutura conveniente na aplicação prática permitiu a resolução de problemas de vários tipos - unidimensional, bidimensional e tridimensional. Por exemplo, o fluxo de água em limites retilíneos é um fluxo unidimensional. O movimento bidimensional é observado em áreas de grandes curvas de rios, perto de ilhas e penínsulas, e as águas subterrâneas se espalham em três dimensões.
O primeiro hidrointegrador IG-1 foi projetado para resolver as tarefas mais simples - unidimensionais. Em 1941, um integrador hidráulico bidimensional foi projetado na forma de seções separadas.
Em 1949, por decreto do Conselho de Ministros da URSS, um instituto especial "NIISCHETMASH" foi criado em Moscou, que recebeu a seleção e preparação para a produção em série de novos modelos de tecnologia de computador. Uma das primeiras dessas máquinas foi o hidrointegrador. Por seis anos, o instituto desenvolveu um novo projeto a partir de blocos unificados padrão e, na fábrica de Ryazan de máquinas calculadoras e analíticas, sua produção em série começou com a marca de fábrica IGL (integrador do sistema hidráulico de Lukyanov). Anteriormente, integradores hidráulicos únicos eram construídos na fábrica de máquinas calculadoras e analíticas (CAM) de Moscou. Durante o processo de produção, as seções foram modificadas para solucionar problemas tridimensionais.
Em 1951, V. S. Lukyanov recebeu o Prêmio do Estado pela criação de uma família de hidrointegradores.
Após a organização da produção em massa, os integradores passaram a ser exportados para o exterior: para a Tchecoslováquia, Polônia, Bulgária e China. Mas eles receberam a maior distribuição em nosso país. Com a ajuda deles, foram realizadas pesquisas científicas no assentamento "Mirny", cálculos do projeto do Canal Karakum e da Mainline Baikal-Amur. Os hidrointegradores têm sido usados com sucesso na construção de minas, geologia, física térmica da construção, metalurgia, foguetes e muitas outras áreas.
A eficácia do método de analogias hidráulicas na fabricação de blocos de concreto armado da primeira usina hidrelétrica do mundo a partir de concreto pré-moldado - a hidrelétrica de Saratov im. Lenin Komsomol (1956-1970). Era necessário desenvolver uma tecnologia de manufatura para cerca de três mil enormes blocos pesando até 200 toneladas. Os blocos deveriam amadurecer rapidamente sem rachar na linha de produção em todas as estações e ser instalados imediatamente no local. Cálculos muito complexos do regime de temperatura, levando em consideração a mudança contínua nas propriedades do concreto endurecido e as condições de aquecimento elétrico, foram feitos em tempo hábil e no volume necessário apenas graças aos hidrointegradores de Lukyanov. Cálculos teóricos em combinação com testes em planta piloto e em produção permitiram trabalhar a tecnologia de blocos de fabricação de qualidade impecável.
Os primeiros computadores eletrônicos digitais (DECM) que surgiram no início dos anos 50 não podiam competir com a máquina da "água". As principais vantagens do hidrointegrador são a clareza do processo de cálculo, a simplicidade do projeto e da programação. Os computadores da primeira e segunda gerações eram caros, tinham baixo desempenho, memória pequena, conjunto limitado de equipamentos periféricos, software mal desenvolvido e manutenção qualificada necessária. Em particular, os problemas do permafrost foram resolvidos fácil e rapidamente em um hidrointegrador e em um computador - com grandes dificuldades. Além disso, a aplicação preliminar do método das analogias hidráulicas ajudou a formular o problema, sugerir a forma de programação do computador e até mesmo controlá-la para evitar erros grosseiros. Em meados da década de 1970, integradores hidráulicos eram usados em 115 organizações industriais, científicas e educacionais localizadas em 40 cidades do nosso país. Somente no início da década de 80 surgiram computadores digitais baratos, de pequeno porte, com alta velocidade e capacidade de memória, sobrepondo completamente as capacidades do hidrointegrador.
Dois hidrointegradores Lukyanov são apresentados na coleção de máquinas analógicas do Museu Politécnico de Moscou. São raras exposições de grande valor histórico, monumentos de ciência e tecnologia. Dispositivos de computação originais são de constante interesse para os visitantes e estão entre as exposições mais valiosas no departamento de computação.
