Literalmente, acabo de enterarme de un dispositivo absolutamente asombroso: una computadora de agua. El integrador hidráulico de Lukyanov, la primera máquina de computación del mundo para resolver ecuaciones diferenciales parciales, fue durante medio siglo el único medio de computación relacionado con una amplia gama de problemas de física matemática.
En 1936, creó una máquina de calcular, en la que todas las operaciones matemáticas se realizaban con agua corriente. ¿Has oído hablar de esto?
El primer hidrointegrador IG-1 fue diseñado para resolver los problemas unidimensionales más simples. En 1941, se diseñó un integrador hidráulico bidimensional en forma de secciones separadas. Posteriormente, se modificó el integrador para la resolución de problemas tridimensionales.
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Después de la organización de la producción en serie, los integradores comenzaron a exportarse al extranjero: a Checoslovaquia, Polonia, Bulgaria y China. Pero recibieron la mayor distribución en nuestro país. Con su ayuda, se llevó a cabo una investigación científica en el pueblo de Mirny, cálculos del proyecto del Canal de Karakum y la Línea principal de Baikal-Amur. Los hidrointegradores se han utilizado con éxito en la construcción de minas, geología, física térmica de la construcción, metalurgia, cohetería y muchas otras áreas.
Las primeras computadoras electrónicas digitales (DECM) que aparecieron a principios de los años 50 no podían competir con la máquina del "agua". Las principales ventajas del hidrointegrador son la claridad del proceso de cálculo, la sencillez de diseño y programación. Las computadoras de la primera y segunda generación eran caras, tenían un rendimiento bajo, un tamaño de memoria pequeño, un conjunto limitado de equipos periféricos, un software mal desarrollado y un mantenimiento calificado requerido. En particular, los problemas del permafrost se resolvieron fácil y rápidamente en un hidrointegrador y en una computadora, con grandes dificultades. A mediados de la década de 1970, los integradores hidráulicos se utilizaron en 115 organizaciones industriales, científicas y educativas ubicadas en 40 ciudades de nuestro país. Solo a principios de los 80con computadoras digitales de alta velocidad y capacidad de memoria, cubriendo completamente las capacidades del hidrointegrador.
Y un poco más para los que estén interesados en los detalles.
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La creación del hidrointegrador fue dictada por un complejo problema de ingeniería, al que se enfrentó el joven especialista V. Lukyanov en el primer año de trabajo.
Después de graduarse del Instituto de Ingenieros Ferroviarios de Moscú (MIIT), Lukyanov fue enviado a la construcción de los ferrocarriles Troitsk-Orsk y Kartaly-Magnitnaya (ahora Magnitogorsk).
En las décadas de 1920 y 1930, la construcción de ferrocarriles fue lenta. Las principales herramientas de trabajo eran una pala, un pico y una carretilla, y la excavación y el hormigonado se realizaban solo en verano. Pero la calidad del trabajo seguía siendo baja, aparecieron grietas, el flagelo de las estructuras de hormigón armado.
Lukyanov se interesó por las causas de las grietas en el hormigón. Su suposición sobre el origen de su temperatura es recibida con escepticismo por parte de los expertos. El joven ingeniero comienza a investigar los regímenes de temperatura en la mampostería de hormigón, en función de la composición del hormigón, el cemento utilizado, la tecnología de trabajo y las condiciones externas. La distribución de los flujos de calor se describe mediante relaciones complejas entre la temperatura y las propiedades del hormigón que cambian con el tiempo. Estas relaciones se expresan mediante las denominadas ecuaciones diferenciales parciales. Sin embargo, los métodos de cálculo que existían en ese momento (1928) no podían dar una solución rápida y precisa.
En busca de formas de resolver el problema, Lukyanov recurre a los trabajos de matemáticos e ingenieros. Encuentra la dirección correcta en los trabajos de destacados científicos rusos: los académicos A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky y M. V. Kirpichev.
Ingeniero naval, mecánico, físico y matemático El académico Aleksey Nikolaevich Krylov (1863-1945) a finales de 1910 construyó una computadora analógica mecánica única: un integrador diferencial para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias de cuarto orden.
El académico Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) se ocupó de la hidráulica. En 1918, demostró la posibilidad de reemplazar un proceso físico por otro si se describen con la misma ecuación (el principio de analogía en el modelado).
El académico Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955), un especialista en el campo de la ingeniería térmica, desarrolló la teoría de los procesos de modelado en instalaciones industriales, el método de modelado térmico local. El método permitió reproducir los fenómenos observados en grandes instalaciones industriales en condiciones de laboratorio.
Lukyanov pudo generalizar las ideas de los grandes científicos: un modelo es el grado más alto de visualización de la verdad matemática. Después de realizar una investigación y asegurarse de que las leyes del flujo de agua y la propagación del calor son en gran medida similares, concluyó que el agua puede actuar como modelo del proceso térmico. En 1934, Lukyanov propuso un método fundamentalmente nuevo para mecanizar los cálculos de procesos inestables: el método de analogías hidráulicas, y un año después creó un modelo hidráulico térmico para demostrar el método. Este dispositivo primitivo, hecho de hierro para techos, láminas de metal y tubos de vidrio, resolvió con éxito el problema de estudiar las condiciones de temperatura del hormigón.
Su unidad principal eran embarcaciones principales verticales de cierta capacidad, interconectadas por tubos con resistencias hidráulicas variables y conectadas a embarcaciones móviles. Subiéndolos y bajándolos, cambiaron la presión del agua en los vasos principales. El inicio o parada del proceso de cálculo se realizó mediante grúas con control general.
En 1936, se puso en funcionamiento la primera máquina informática del mundo para resolver ecuaciones diferenciales parciales, el integrador hidráulico de Lukyanov.
Para solucionar el problema del hidrointegrador, era necesario:
1) elaborar un esquema de diseño del proceso en estudio;
2) en base a este diagrama, conectar los recipientes, determinar y seleccionar los valores de la resistencia hidráulica de los tubos;
3) calcular los valores iniciales del valor requerido;
4) dibujar un gráfico de cambios en las condiciones externas del proceso modelado.
Después de eso, se establecieron los valores iniciales: los recipientes principal y móvil con grifos cerrados se llenaron con agua hasta los niveles calculados y se marcaron en papel cuadriculado adjunto detrás de los piezómetros (tubos de medición); se obtuvo una especie de curva. Luego, todos los grifos se abrieron simultáneamente y el investigador cambió la altura de los recipientes móviles de acuerdo con el programa de cambios en las condiciones externas del proceso simulado. En este caso, la presión del agua en los recipientes principales varió de acuerdo con la misma ley que la temperatura. Los niveles de líquido en los piezómetros cambiaron, en el momento oportuno se cerraron los grifos, parando el proceso, y se marcaron las nuevas posiciones de los niveles en papel cuadriculado. A partir de estas marcas se construyó una gráfica, que fue la solución al problema.
Las capacidades del hidrointegrador resultaron ser inusualmente amplias y prometedoras. En 1938, V. S. Luk'yanov fundó un laboratorio de analogías hidráulicas, que pronto se convirtió en la organización básica para introducir el método en la economía nacional del país. Permaneció al frente de este laboratorio durante cuarenta años.
La principal condición para el uso generalizado del método de analogía hidráulica fue la mejora del integrador hidráulico. La creación de un diseño que es conveniente en la aplicación práctica hizo posible resolver problemas de varios tipos: unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. Por ejemplo, el flujo de agua en límites rectilíneos es un flujo unidimensional. Se observa movimiento bidimensional en áreas de grandes curvas de ríos, cerca de islas y penínsulas, y el agua subterránea se extiende en tres dimensiones.
El primer hidrointegrador IG-1 fue diseñado para resolver las tareas más simples, unidimensionales. En 1941, se diseñó un integrador hidráulico bidimensional en forma de secciones separadas.
En 1949, por un decreto del Consejo de Ministros de la URSS, se creó un instituto especial "NIISCHETMASH" en Moscú, que recibió la selección y preparación para la producción en serie de nuevos modelos de tecnología informática. Una de las primeras máquinas de este tipo fue el hidrointegrador. Durante seis años, el instituto ha desarrollado un nuevo diseño a partir de bloques unificados estándar, y en la planta de Ryazan de máquinas calculadoras y analíticas, su producción en serie comenzó con la marca de fábrica IGL (integrador de sistemas hidráulicos de Lukyanov). Anteriormente, los integradores hidráulicos individuales se construían en la planta de Moscú de máquinas calculadoras y analíticas (CAM). Durante el proceso de producción, las secciones fueron modificadas para resolver problemas tridimensionales.
En 1951, V. S. Lukyanov recibió el Premio Estatal por la creación de una familia de hidrointegradores.
Después de la organización de la producción en serie, los integradores comenzaron a exportarse al extranjero: a Checoslovaquia, Polonia, Bulgaria y China. Pero recibieron la mayor distribución en nuestro país. Con su ayuda, se llevó a cabo una investigación científica en el pueblo de Mirny, cálculos del proyecto del Canal de Karakum y la Línea principal de Baikal-Amur. Los hidrointegradores se han utilizado con éxito en la construcción de minas, geología, física térmica de la construcción, metalurgia, cohetería y muchas otras áreas.
La efectividad del método de analogías hidráulicas en la fabricación de bloques de hormigón armado de la primera central hidroeléctrica del mundo a partir de hormigón prefabricado: la central hidroeléctrica de Saratov im. Lenin Komsomol (1956-1970). Se requirió desarrollar una tecnología de fabricación para unos tres mil bloques enormes que pesaban hasta 200 toneladas. Los bloques tenían que madurar rápidamente sin agrietarse en la línea de producción en todas las estaciones y ser instalados inmediatamente en su lugar. Los cálculos muy complejos del régimen de temperatura, teniendo en cuenta el cambio continuo en las propiedades del hormigón endurecido y las condiciones de calentamiento eléctrico, se realizaron de manera oportuna y en el volumen requerido solo gracias a los hidrointegradores de Lukyanov. Los cálculos teóricos en combinación con las pruebas en un sitio piloto y en producción permitieron desarrollar la tecnología de fabricación de bloques de impecable calidad.
Las primeras computadoras electrónicas digitales (DECM) que aparecieron a principios de los años 50 no podían competir con la máquina del "agua". Las principales ventajas del hidrointegrador son la claridad del proceso de cálculo, la sencillez de diseño y programación. Las computadoras de la primera y segunda generación eran caras, tenían un rendimiento bajo, un tamaño de memoria pequeño, un conjunto limitado de equipos periféricos, un software mal desarrollado y un mantenimiento calificado requerido. En particular, los problemas del permafrost se resolvieron fácil y rápidamente en un hidrointegrador y en una computadora, con grandes dificultades. Además, la aplicación preliminar del método de analogías hidráulicas ayudó a formular el problema, sugerir el camino de la programación de computadoras e incluso controlarlo para evitar errores graves. A mediados de la década de 1970, los integradores hidráulicos se utilizaron en 115 organizaciones industriales, científicas y educativas ubicadas en 40 ciudades de nuestro país. Solo a principios de los años 80 aparecieron computadoras digitales de pequeño tamaño y baratas con alta velocidad y capacidad de memoria, superponiendo completamente las capacidades del hidrointegrador.
Dos hidrointegradores Lukyanov se presentan en la colección de máquinas analógicas del Museo Politécnico de Moscú. Se trata de exposiciones raras de gran valor histórico, monumentos de ciencia y tecnología. Los dispositivos informáticos originales son de interés constante para los visitantes y se encuentran entre las exhibiciones más valiosas del departamento de informática.
