Littéralement tout à l'heure, j'ai découvert un appareil absolument incroyable - un ordinateur à eau. L'intégrateur hydraulique de Lukyanov - la première machine de calcul au monde à résoudre des équations aux dérivées partielles - a été pendant un demi-siècle le seul moyen de calcul lié à un large éventail de problèmes de physique mathématique.
En 1936, il a créé une machine à calculer, dans laquelle toutes les opérations mathématiques étaient effectuées par de l'eau courante. As-tu entendu parler de ça?
Le premier hydro-intégrateur IG-1 a été conçu pour résoudre les problèmes unidimensionnels les plus simples. En 1941, un intégrateur hydraulique bidimensionnel a été conçu sous la forme de sections séparées. Par la suite, l'intégrateur a été modifié pour résoudre des problèmes tridimensionnels.
Après l'organisation de la production de masse, les intégrateurs ont commencé à s'exporter à l'étranger: en Tchécoslovaquie, en Pologne, en Bulgarie et en Chine. Mais ils ont reçu la plus grande distribution dans notre pays. Avec leur aide, des recherches scientifiques ont été menées dans la colonie "Mirny", des calculs du projet du canal Karakum et de la ligne principale Baïkal-Amour. Les hydro-intégrateurs ont été utilisés avec succès dans la construction de mines, la géologie, la physique thermique de la construction, la métallurgie, les fusées et de nombreux autres domaines.
Les premiers ordinateurs électroniques numériques (DECM) apparus au début des années 50 ne pouvaient rivaliser avec la machine «à eau». Les principaux avantages de l'hydro-intégrateur sont la clarté du processus de calcul, la simplicité de conception et de programmation. Les ordinateurs des première et deuxième générations étaient chers, avaient de faibles performances, une petite taille de mémoire, un ensemble limité d'équipements périphériques, des logiciels mal développés et nécessitaient une maintenance qualifiée. En particulier, les problèmes du pergélisol ont été facilement et rapidement résolus sur un hydro-intégrateur et sur un ordinateur - avec de grandes difficultés. Au milieu des années 1970, des intégrateurs hydrauliques étaient utilisés dans 115 organisations industrielles, scientifiques et éducatives situées dans 40 villes de notre pays. Ce n'est qu'au début des années 80 que les petites tailles, bon marché,avec des ordinateurs numériques à grande vitesse et à capacité de mémoire, couvrant complètement les capacités de l'hydro-intégrateur.
Et un peu plus pour ceux qui s'intéressent aux détails.
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La création de l'hydro-intégrateur a été dictée par un problème d'ingénierie complexe auquel le jeune spécialiste V. Lukyanov a été confronté au cours de la première année de travail.
Après avoir obtenu son diplôme de l'Institut des ingénieurs ferroviaires de Moscou (MIIT), Lukyanov a été envoyé à la construction des chemins de fer Troitsk-Orsk et Kartaly-Magnitnaya (maintenant Magnitogorsk).
Dans les années 1920 et 1930, la construction des chemins de fer était lente. Les principaux outils de travail étaient une pelle, une pioche et une brouette, et l'excavation et le bétonnage n'étaient effectués qu'en été. Mais la qualité du travail restait encore faible, des fissures sont apparues - le fléau des structures en béton armé.
Lukyanov s'est intéressé aux causes des fissures dans le béton. Son hypothèse sur leur origine de température est accueillie avec le scepticisme des experts. Le jeune ingénieur commence à rechercher les régimes de température dans la maçonnerie en béton, en fonction de la composition du béton, du ciment utilisé, de la technologie de travail et des conditions extérieures. La distribution des flux thermiques est décrite par des relations complexes entre la température et les propriétés du béton qui changent avec le temps. Ces relations sont exprimées par les équations aux dérivées partielles. Cependant, les méthodes de calcul qui existaient à l'époque (1928) ne pouvaient donner une solution rapide et précise.
À la recherche de moyens de résoudre le problème, Lukyanov se tourne vers les travaux de mathématiciens et d'ingénieurs. Il trouve la bonne direction dans les travaux d'éminents scientifiques russes - les académiciens A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky et M. V. Kirpichev.
Ingénieur en construction navale, mécanicien, physicien et mathématicien L'académicien Alexei Nikolaevich Krylov (1863-1945) a construit à la fin de 1910 une machine de calcul analogique mécanique unique - un intégrateur différentiel pour résoudre des équations différentielles ordinaires du 4ème ordre.
L'académicien Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) a traité de l'hydraulique. En 1918, il a prouvé la possibilité de remplacer un processus physique par un autre s'ils sont décrits par la même équation (principe de l'analogie dans la modélisation).
L'académicien Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) - un spécialiste dans le domaine du génie thermique, a développé la théorie des processus de modélisation dans les installations industrielles - la méthode de modélisation thermique locale. La méthode a permis de reproduire les phénomènes observés dans les grandes installations industrielles en conditions de laboratoire.
Lukyanov a pu généraliser les idées de grands scientifiques: un modèle est le plus haut degré de visualisation de la vérité mathématique. Après avoir mené des recherches et s’être assuré que les lois de l’écoulement de l’eau et de la propagation de la chaleur sont largement similaires, il a conclu que l’eau pouvait servir de modèle du processus thermique. En 1934, Lukyanov a proposé une méthode fondamentalement nouvelle de mécanisation des calculs des processus instables - la méthode des analogies hydrauliques, et un an plus tard a créé un modèle thermo-hydraulique pour démontrer la méthode. Ce dispositif primitif, fait de fer à toiture, de tôle et de tubes de verre, a résolu avec succès le problème de l'étude des conditions de température du béton.
Son unité principale était des navires principaux verticaux d'une certaine capacité, interconnectés par des tubes à résistances hydrauliques variables et reliés à des navires mobiles. En les élevant et en les abaissant, ils ont changé la pression de l'eau dans les principaux navires. Le démarrage ou l'arrêt du processus de calcul a été effectué par des grues avec contrôle général.
En 1936, la première machine informatique au monde pour résoudre des équations aux dérivées partielles, l'intégrateur hydraulique de Lukyanov, a été mise en service.
Pour résoudre le problème sur l'hydro-intégrateur, il fallait:
1) rédiger un schéma de conception du procédé à l'étude;
2) sur la base de ce diagramme, connectez les récipients, déterminez et sélectionnez les valeurs de la résistance hydraulique des tubes;
3) calculer les valeurs initiales de la valeur requise;
4) dessiner un graphique des changements des conditions externes du processus modélisé.
Après cela, les valeurs initiales ont été fixées: les récipients principaux et mobiles avec des robinets fermés ont été remplis d'eau aux niveaux calculés et marqués sur du papier millimétré attaché derrière des piézomètres (tubes de mesure) - une sorte de courbe a été obtenue. Ensuite, tous les robinets ont été ouverts simultanément, et le chercheur a changé la hauteur des navires mobiles conformément au calendrier des changements dans les conditions externes du processus simulé. Dans ce cas, la pression de l'eau dans les cuves principales variait selon la même loi que la température. Les niveaux de liquide dans les piézomètres ont changé, au bon moment les robinets ont été fermés, arrêtant le processus, et les nouvelles positions des niveaux ont été marquées sur du papier millimétré. Sur la base de ces marques, un graphique a été construit, qui était la solution au problème.
Les capacités de l'hydro-intégrateur se sont révélées inhabituellement larges et prometteuses. En 1938, V. S. Loukianov fonda un laboratoire d'analogies hydrauliques, qui devint bientôt l'organisation de base pour l'introduction de la méthode dans l'économie nationale du pays. Il est resté à la tête de ce laboratoire pendant quarante ans.
La condition principale pour une utilisation généralisée de la méthode de l'analogie hydraulique était l'amélioration de l'intégrateur hydraulique. La création d'une conception pratique dans l'application pratique a permis de résoudre des problèmes de différents types - unidimensionnel, bidimensionnel et tridimensionnel. Par exemple, l'écoulement de l'eau dans les limites rectilignes est un écoulement unidimensionnel. Un mouvement bidimensionnel est observé dans les zones de grands virages de rivières, à proximité des îles et des péninsules, et les eaux souterraines se répandent en trois dimensions.
Le premier hydro-intégrateur IG-1 a été conçu pour résoudre les tâches les plus simples - unidimensionnelles -. En 1941, un intégrateur hydraulique bidimensionnel a été conçu sous la forme de sections séparées.
En 1949, par un décret du Conseil des ministres de l'URSS, un institut spécial "NIISCHETMASH" a été créé à Moscou, qui a été sélectionné et préparé pour la production en série de nouveaux modèles de technologie informatique. L'une des premières machines de ce type était l'hydro-intégrateur. Pendant six ans, l'institut a développé un nouveau design à partir de blocs unifiés standard, et à l'usine de Ryazan de machines à calculer et d'analyse, leur production en série a commencé avec la marque d'usine IGL (intégrateur du système hydraulique de Lukyanov). Auparavant, des intégrateurs hydrauliques uniques étaient construits dans l'usine de calcul et d'analyse (CAM) de Moscou. Au cours du processus de production, les sections ont été modifiées pour résoudre des problèmes tridimensionnels.
En 1951, V. S. Loukyanov a reçu le prix d'État pour la création d'une famille d'hydro-intégrateurs.
Après l'organisation de la production de masse, les intégrateurs ont commencé à s'exporter à l'étranger: en Tchécoslovaquie, en Pologne, en Bulgarie et en Chine. Mais ils ont reçu la plus grande distribution dans notre pays. Avec leur aide, des recherches scientifiques ont été menées dans la colonie "Mirny", des calculs du projet du canal Karakum et de la ligne principale Baïkal-Amour. Les hydro-intégrateurs ont été utilisés avec succès dans la construction de mines, la géologie, la physique thermique de la construction, la métallurgie, les fusées et de nombreux autres domaines.
L'efficacité de la méthode des analogies hydrauliques dans la fabrication de blocs de béton armé de la première centrale hydroélectrique du monde à partir de béton préfabriqué - la centrale hydroélectrique de Saratov im. Lénine Komsomol (1956-1970). Il était nécessaire de développer une technologie de fabrication pour environ trois mille gros blocs pesant jusqu'à 200 tonnes. Les blocs devaient mûrir rapidement sans se fissurer sur la ligne de production en toutes saisons et être immédiatement installés en place. Des calculs très complexes du régime de température, tenant compte du changement continu des propriétés du béton durcissant et des conditions de chauffage électrique, ont été effectués en temps opportun et dans le volume requis uniquement grâce aux hydro-intégrateurs de Lukyanov. Des calculs théoriques en combinaison avec des tests sur site pilote et en production ont permis d'élaborer la technologie de fabrication de blocs d'une qualité irréprochable.
Les premiers ordinateurs électroniques numériques (DECM) apparus au début des années 50 ne pouvaient rivaliser avec la machine «à eau». Les principaux avantages de l'hydro-intégrateur sont la clarté du processus de calcul, la simplicité de conception et de programmation. Les ordinateurs des première et deuxième générations étaient chers, avaient de faibles performances, une petite taille de mémoire, un ensemble limité d'équipements périphériques, des logiciels mal développés et nécessitaient une maintenance qualifiée. En particulier, les problèmes du pergélisol ont été facilement et rapidement résolus sur un hydro-intégrateur et sur un ordinateur - avec de grandes difficultés. De plus, l'application préalable de la méthode des analogies hydrauliques a permis de formuler le problème, de suggérer la voie de la programmation informatique et même de la contrôler afin d'éviter des erreurs grossières. Au milieu des années 1970, des intégrateurs hydrauliques étaient utilisés dans 115 organisations industrielles, scientifiques et éducatives situées dans 40 villes de notre pays. Ce n'est qu'au début des années 80 que sont apparus des ordinateurs numériques de petite taille et bon marché avec une vitesse et une capacité de mémoire élevées, chevauchant complètement les capacités de l'hydro-intégrateur.
Deux hydro-intégrateurs Lukyanov sont présentés dans la collection de machines analogiques du Musée polytechnique de Moscou. Ce sont des expositions rares de grande valeur historique, des monuments de science et de technologie. Les appareils informatiques originaux sont d'un intérêt constant pour les visiteurs et sont parmi les expositions les plus précieuses du département informatique.
