Политехнический музей Главная страница

Гидрогенераторы В.С. Лукьянова

Демонстрационный гидроинтегратор ИГ-3 Крупный советский ученый в области аналоговых средств вычислительной техники профессор Владимир Сергеевич Лукьянов (1902-1980) создал в 1936 г. оригинальное устройство для решения сложных уравнений высшей математики. Изобретение Лукьянова называется гидравлическим интегратором. Гидравлическим потому, что его действие основано на протекании воды, интегратором, так как он дает решение сложных дифференциальных уравнений.

Создание гидроинтегратора было вызвано к жизни конкретной инженерной задачей исследовать возможность проведения строительных работ в зимнее время. В 1925-1927 гг. на постройке железных дорог Троицк - Орск и Карталы - Магнитная, где работал молодой инженер Лукьянов, для обеспечения качества и долговечности железобетонных конструкций земляные работы и бетонирование проводились только летом, однако даже при строительстве в теплое время года в бетонных конструкциях все-равно появлялись трещины. Лукьянов предположил, что этого можно избежать, если произвести тщательный анализ изменения температуры в бетонном массиве в зависимости от состава бетона, используемого цемента, технологии проведения работ и внешних условий. Он начал исследования температурных режимов в бетонных кладках, однако существующие методы расчетов не могли дать быстрого и точного решения сложных дифференциальных уравнений, которыми описывался температурный режим, аналитическое решение требовало многих допущений, цифровые методы в 30-е годы были разработаны лишь для линейных задач.

В поисках нового подхода к решению задачи ученый применил метод аналогий между различными физическими процессами и в 1934 г. предложил принципиально новый способ механизации расчетов неустановившихся процессов - метод гидравлических аналогий. Проведя исследования и убедившись, что течение воды во многом сходно по своим законам с распространением тепла, он делает вывод: вода может выступать в роли наглядной модели невидимого теплового процесса. Результатом работы стало создание своеобразной модели тепловых процессов гидроинтегратора. Первый экземпляр был изготовлен в 1936 г. в Институте пути и строительства (сейчас ЦНИИС - Центральный научно-исследовательский институт транспортного строительства). В 30-х гг. это была единственная вычислительная машина для решения уравнений с частными производными.

Главным узлом гидроинтегратора являлись вертикально расположенные открытые сверху основные сосуды, соединенные между собой трубками с изменяемыми гидравлическими сопротивлениями. К основным сосудам были подключены подвижные металлические сосуды (А и В), их перемещение вверх или вниз приводило к изменению напора воды в основных сосудах. Пуск или остановка интегратора производились кранами (x) с общим управлением.

Для решения задачи на гидроинтеграторе необходимо составить расчетную схему исследуемого процесса, на основании этой схемы производится соединение сосудов, определяется их площадь сечения и подбираются величины гидравлических сопротивлений. Так же рассчитываются начальные значения искомой величины и составляется график изменения внешних условий моделируемого процесса.

После этого основные сосуды устройства при закрытых кранах наполняются водой до рассчитанных уровней - задаются начальные условия. Исходные уровни воды отмечают на миллиметровой бумаге, прикрепленной за пьезометрами (измерительные трубки для отображения высоты уровней воды в основных и подвижных сосудах), получается своеобразная кривая. Затем все краны одновременно открываются и исследователь меняет высоту подвижных сосудов, подключенных к машине, в соответствии с графиком изменения внешних условий моделируемого процесса. При этом изменяется напор воды в основных сосудах, что приводит к изменению уровней жидкости в пьезометрах. В нужные моменты с помощью кранов приостанавливают процесс и на миллиметровой бумаге отмечают новое положение уровней. Затем по этим отметкам строится график, который и является решением задачи.

Первые приборы были примитивны, сделаны из кровельного железа, жести и стеклянных трубок и использовались только для расчетов в области теплотехники. Новая конструкция интегратора в виде отдельных секций, созданная в 1941 г., позволяла собрать устройство для решения задач различной сложности и значительно расширила его применение. В 1951 г. В.С. Лукьянову, автору нового метода решения сложнейших инженерных проблем - была присуждена Государственная премия.

Диплом лауреата Государственной премии СССР В.С. Лукьянова Возможности гидроинтеграторов оказались необычайно широки и перспективны, поэтому продолжалось дальнейшее развитие их конструкции. В 1949-1955 гг. в институте НИИСЧЕТМАШ был разработан интегратор в виде стандартных унифицированных блоков. Блочное решение позволяло в широких пределах комбинировать и изменять устройство интегратора в зависимости от характера и сложности решаемой задачи.

Гидроинтегратор был одной из первых математических машин, принятых к серийному производству. В 1955 г. на Рязанском заводе счетно-аналитических машин начался серийный выпуск интеграторов с заводской маркой ИГЛ (интегратор гидравлический системы Лукьянова). После организации серийного производства интеграторы стали экспортироваться за границу, но самое большое распространение получили в нашей стране. Многие специальные учебные заведения имели в своих лабораториях гидроинтеграторы Лукьянова. Для обучения методу гидравлических аналогий и объяснению принципа действия интеграторов более сложных типов был разработан в 1953 г. компактный демонстрационный гидроинтегратор ИГ-3. Одномерный гидроинтегратор 1-ИГЛ-1-3

Гидроинтеграторы Лукьянова успешно использовались в течение 50 лет, это было рекордом долголетия для вычислительных машин. Они нашли широкое применение в самых различных областях - при решении вопросов строительства в песках Средней Азии и в условиях вечной мерзлоты, при изучении температурного режима ледникового покрова Антарктиды, расчете проекта БАМа, решении задач в ракетостроении и др.

С середины 50-х гг. получили распространение электронные вычислительные машины (ЭВМ) - аналоговые и цифровые, но только в конце 80-х гг. появились малогабаритные, дешевые, с большим быстродействием и объемом памяти цифровые ЭВМ, перекрывающие возможности гидроинтегратора.

В настоящее время два гидроинтегратора Лукьянова хранятся в Политехническом музее: демонстрационный интегратор ИГ-3, изготовленный в 1955 г. на Рязанском заводе счетно-аналитических машин САМ в первой серийной партии (зав. № 04) и переданный заводом Политехническому музею в 1956 г., а также одномерный гидроинтегратор 1-ИГЛ-1-3, подаренный Политехническому музею в 1993 г. сыном профессора В.С. Лукьянова - Алексеем Владимировичем Лукьяновым. Четыре унифицированных блока, из которых составлен одномерный гидроинтегратор, являются частью многосекционной трехмерной установки (для расчетов в трех измерениях - X, Y, Z), изготовленной в 1974 г. на Рязанском заводе САМ для Геологического института АН СССР. Эти необычные счетно-решающие устройства вызывают неизменный интерес посетителей и входят в число самых интересных экспонатов отдела вычислительной техники.

О.В. Соловьева

Список объектов

Панель управления базой данных Помощь
   Музеи Авторы   
Поиск в базе данных:
 
 
Условия: ИЛИ  И
Top of this page
© 2004  Политехнический музей