Зачем в Советском Союзе создавали гидравлические компьютеры

26 ноября 2021

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.

Зачем в Советском Союзе создавали гидравлические компьютеры

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.

Зачем в Советском Союзе создавали гидравлические компьютеры

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.

Зачем в Советском Союзе создавали гидравлические компьютеры

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».

Зачем в Советском Союзе создавали гидравлические компьютеры

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.

Зачем в Советском Союзе создавали гидравлические компьютеры