Гидроинтегратор Лукьянова

[22sobaki.livejournal.com]

Компьютер, но не электрический.
Гидроинтегратор — гидравлический вычислитель:


Вода, перетекающая из одной стеклянной трубки в другую, позволяла решать дифференциальные уравнения с частными производными.

Дело было в период индустриализации СССР, когда свежеиспеченный инженер Владимир Лукьянов попал на строительство железной дороги и столкнулся в проблемой невысокого качества бетонирования (при застывании бетон растрескивался). Лукьянов предположил, что это связано с температурными напряжениями и обобщил существующие теоретические наработки. Процесс описывался дифференциальными уравнениями, требующими длительных расчетов, но Лукьянов увидел главное — аналогию между уравнениями, описывающими теплообмен, и уравнениями, описывающими течение жидкости. Т.е. первый процесс можно было смоделировать с помощью второго.

Через нескольких лет Лукьянов создает аппарат для решения этой совершенно конкретной задачи — анализа изменения температуры в бетоне в зависимости от его состава, технологии заливки и внешних условий.

Пример решаемой задачи:
Теплопередача в нестационарных условиях - охлаждение многослойной плоской стенки

Модель собирается из ряда цилиндрических сосудов, последовательно соединенных между собой калиброванными трубками. Каждый из сосудов имитирует теплосодержание слоя стенки, на которые разбито исследуемое ограждение. Сосуды наполняются водой до уровней, соответствующих начальной температуре в каждом из слоев, после чего открываются краны, и вода из сосудов начинает вытекать. Изменение уровней воды в сосудах при этом будет аналогичным изменению температур в соответствующих слоях стенки при ее охлаждении




Для фанатов:
Использованы следующие аналогии с теплотехническими параметрами исследуемых ограждающих конструкций:
а) уровни воды в сосудах в см соответствуют разностям температур слоев и воздуха в градусах;
б) площади поперечного сечения сосудов в см соответствуют теплоемкости слоев в ккал/градус;
в) количество воды в сосудах в см соответствует теплосодержанию слоев в ккал;
г) гидравлические сопротивления трубок в мин/см(?), соединяющих сосуды между собой, соответствуют термическим сопротивлениям слоев в град-ч/ккал;
д) гидравлическое сопротивление у выходной трубки соответствует сопротивлению теплопереходу от поверхности стены к воздуху в град-ч/ккал;
е) расход воды в см/мин соответствует тепловому потоку в ккал/ч.
Масштаб времени, т. е. отношение фактической продолжительности процесса теплопередачи в часах к длительности процесса на гидроинтеграторе в минутах, равен произведению отношения теплоемкости к площади сечения сосуда на отношение термического сопротивления к гидравлическому сопротивлению.

Для возможности фиксации температур (уровней воды в сосудах) в определенные моменты времени гидроинтегратор имел специальное приспособление, одновременно перекрывающее все краны между сосудами. В этот момент нужно было отметить на миллиметровой бумаге, расположенной за трубками, уровни воды в пьезометрах. Затем краны открывали, и так до следующего замера. Полученная в итоге кривая являлась решением уравнения.

Иными словами, интегратор позволял заменить процесс, прямое наблюдение за которым затруднено, аналогичным, но более наглядным процессом. При этом важно то, что оба процесса описывались одинаковыми математическими зависимостями.

Дело на этом, как ни странно, не кончилось. Инженер В.С. Лукьянов со временем стал доктором технических наук и получил Сталинскую премию. Он сконструировал двухмерные и трехмерные гидравлические интеграторы в виде стандартных унифицированных блоков, которые можно было компоновать в зависимости от решаемой задачи. Более того - гидроинтеграторы были запущены в серийное производство. Это с их, в частности, помощью рассчитывали проекты Каракумского канала, Байкало-Амурской магистрали, первой в мире гидроэлектростанции из сборного железобетона - Саратовской ГЭС им. Ленинского комсомола (1956-1970). Их использовали в геологии (движение грунтовых вод), металлургии (остывание отливок), ракетостроении и др.


Два гидроинтегратора Лукьянова представлены в коллекции аналоговых машин московского Политехнического музея. Один из них:


http://www.vitalminerals.ru/docx_300_36_man.html
http://www.nkj.ru/archive/articles/7033/
http://dlinyj.livejournal.com/497191.html

Comments

[nikolka22.livejournal.com]

да это просто терри прачетт какой-то.

[starwoofy.livejournal.com]

В отличии от Пратчетта, тут всё настоящее. :)

[92-element.livejournal.com]

В ядерном центре Карлсруэ нам показывали пневматические (гидродинамические) элементы машинной логики. Говорили, это делалось для особо-опасных производств, где использование электрических машин недопустимо. Причем, это не какие-то здоровые клапаны-вентили, а компактные керамические матрицы с ламинарными потоками, направление которых можно переключать.

[22sobaki.livejournal.com]

Для особоопасных - взрывоопасных?

[bart-87.livejournal.com]

Все-таки раньше были Инженеры, а не так-себе.
Путин развалил систему подготовки высшей школы

[ardelfi.livejournal.com]

Великаны инженерии..

[bart-87.livejournal.com]

Ну надо же решиться на такое !!)))

Хотя, респект чуваку, очень наглядны решения, должно быть.

[vspvsp.livejournal.com]

Какой-то технический курьёз, непонятно зачем возведённый в ранг научного открытия.

На бумажке ручкой было точнее (даже если и приблизительно) и быстрее посчитать. Великая точность не нужна же - в исходных данных по-любому ошибка будет в разы больше, чем в расчётах.

[ermiak.livejournal.com]

Температуры пристойно научились считать только недавно - с появлением соответствующих вычислительных мощностей. А так - или вот это и аналоги, или таблицы "эмпирических коэффициентов" для проектировщика, набранных экспериментальными методами.

[ahmash.livejournal.com]

Неимоверно круто!!!

[vspvsp.livejournal.com]

Взаправду, "водяной компьютер" можно изобрести:
http://www.inquisition.ca/en/info/artic/ordineau.htm ;))))))))))))))

[22sobaki.livejournal.com]

и еще:
http://en.wikipedia.org/wiki/MONIAC_Computer

[aeeh.livejournal.com]

сие наверное аналоговый комп, самое оно для моделирования процессов

[electronick.livejournal.com]

Любимый пример преподователя ТАУ в институте подобный гидровычислитель.

[kenny-aint-dead.livejournal.com]

В очень интересной книге О.Палёка "Байки старого химика" описаны "компьютеры" на сжатом воздухе, которые управляли полетом советских ракет, когда электроника еще не была доступна. Были реализованы различные логические элементы.

[22sobaki.livejournal.com]

Не про ракеты, но про пневматику на хабре дали ссылку: http://serkov.su/blog/?p=466

[victor-12.livejournal.com]

"Снимаю шляпу".
Круто подметить аналогию в природных процессах, и реализовать аналог в конструкции.
А главный критерий - практика, это ж работало!

[apolo-get.livejournal.com]

Копипаст статьи с хабра, висящей там уже неделю? Норм.

Таки пролистал вниз и посмотрел автора там ))

[22sobaki.livejournal.com]

:)

[http://users.livejournal.com/sharper_/]

Это вы еще не копнули семейство механических вычислителей.

[e-pipe.livejournal.com]

Про механические как раз более всего рассказано. От Бебиджа и Чебышева до Одднера...

[kyodza.livejournal.com]

Вот спасбо, просветили!

Самому довелось в 1995 в МАИ каф. 106 поиграться на аналоговом вычислительном комплексе АВК-31. Тоже вещь, но он уже электронный. И похож на детские электронные конструкторы, блочной архитектуры. Набор блоков соединяешь - моделируешь уравнение, на вход подаешь стандартный импульсный или единичный сигнал, а на выходе с секундомером по вольтметру/амперметру вычисляешь параметры переходного процесса.

Байка, рассказанная преподавателем МАИ, как комментарий к истории развития АВК:

как известно, что большинство авиаконструкторов были учениками Андрея Николаевича Туполева. Сам же АНТ был несколько консервативен. Возрастающие требования к хар-кам самолетов в свою очередь требовали все большего применения электроники и автоматизации. АНТ недолюбливал автоматику. В ОКБ АНТ это понимали, но бороться против патриарха и его окружения было сложно.

Владимир Сергеевич Ильюшин для своих разработок использовал те самые первые аналоговые вычислительные машины, на которых можно было быстро смоделировать необходимые дифф.у-ры и без летных испытаний подобрать необходимые коэфф. настройки всяких автопилотных агрегатов. Как то Ильюшин затащил к себе АНТ в отдел аэродинамики. Как прилежный ученик своему учителю показал и рассказал как работают компьютеры, какую задачу они решают. Молоденькая красивая лаборантка весь рассказ сопровождала набором на АВК всяческих задач и тут же делала демонстрацию результата, улыбаясь и поглядывая на обоих конструкторов.

Демонстрация на АНТ произвела впечатление: "Чтобы завтра же у нас была такая же машина!" И добавил: " И девочку такую же посадите!.."

[alex-ak.livejournal.com]

Точно Владимир Сергеевич Ильюшин? Конструктор был Сергей Владимирович, его сын Владимир - летчик-испытатель.

[oldsave oldsaveoldsave (from livejournal.com)]

:)

[nahtigal.livejournal.com]

У меня в КПИ в 90-х был целый курс "Имитационное моделирование". Учили моделировать сложные гидравлические и кинематические цепи с помощью аналоговых електрических. Такие цепи в общем случае описываються системами нелинейных алгебро-дифференциальных уравнений и в том-же общем случае в аналитическом виде не решаются.

Значительно проще построить еквивалентную электрическую цепь (со строгим доказательством еквивалентности, конечно) и мерять в контрольных точках токи-напряжения.

[termistcom.livejournal.com]

Проще было в 90-х. Когда электроника достигла необходимой точности.
Хотя, по моему, уже в 90-х АВМ делали скорее "по инерции". Даже гибридные машины пытались создавать. Дифуры решали аналоговым способом, а задания для АВМ и обработка результатов- цифровой блок.

[ins0mnis.livejournal.com]

Во где развлекуха)
http://habrahabr.ru/post/221639/

[gekkkon.livejournal.com]

;)
в середине восьмидесятых обслуживал гидроинтегратор в Геологическом институте, в лаборатории Лукьянова.
вот уж машина, где там писюку...;)

[22sobaki.livejournal.com]

Круто. Какие задачи решали?

[masteryoda007.livejournal.com]

Так вот ты какой, Стимпанк-компьютер!

[alex-ak.livejournal.com]

Стимпанк - это был бы компьютер на паре или хотя бы сжатом воздухе. В принципе это возможно, для воздуха были все основные логические элементы, модульные монтажные платы и т.д. "УСЭППА" - Унифицированная Система Элементов Промышленной ПневмоАвтоматики. Интересная, но адски капризная вещь. А тут водный мир какой-то.

[alexkrasnii.livejournal.com]

Блез Паскаль определил, что вычислитель должен быть электронным, - один из его постулатов, всякие механические, гидромеханические вычислители во внимание не принимаются!
Как вы будете автоматизировать процесс с механикой? это просто кусок железа, который ни шагу не сделает без перфокарты(бумажной программы)!
Когда комп стал электронным - началось развитие -именно этого направления - и с этим процесс автоматизации существенно упростился и ускорился, пошёл семимильными шагами! А данные экземпляры мех. компьютера - говорят сами за себя - это тупиковая ветвь эволюции!! Безусловно они имеют право на существование!

[gekkkon.livejournal.com]

как это ни странно прозвучит, но кремнёвый компьютер тоже не сделает ни шагу без программного кода, ы?
а аналоговые и механические машины могут буквально запаиваться/затачиваться под задачу при сборке.
но при _пере_программировании с аналоговыми и механическими устройствами могут возникнуть сложности, да.

[http://users.livejournal.com/sharper_/]

Смешные вы. По-моему Фейнман говорил применительно к квантовому, что лучшим вычислителем уравнения является физическая система, для которой оно (уравнение) и составлено. А символьные машины это лишь один класс техники и не панацея вовсе но зато бизнес

ТОП: 08:20 MSK

[magictop30.livejournal.com]

Вы попали в Т30P (http://www.t30p.ru) самых обсуждаемых тем в блогосфере.
Почитать текст со всеми комментариями по ссылке (http://tools.t30p.ru/?http%3a%2f%2fengineering-ru.livejournal.com%2f244727.html).
Это Ваш 33-й ТОПовый пост в этом году.
Посмотреть статистику автора можно в карточке топблогера (http://rating.t30p.ru/?engineering_ru.livejournal.com&p=tops).