Политехнический музей Москвы - единственное место в стране, где можноувидеть уникальные памятники истории отечественной техники. На снимках:гидроинтеграторы Лукьянова в экспозиции Политехнического музея - демонстрационныйИГ-3 (внизу) и одномерный 1-ИГЛ-1-3.На вертикальных вращающихся барабанахукрепляется график изменения внешних условий. Его считывают при помощиуказателя - иглы на стойке, передвигая вращением рукоятки. Синхронно суказателем поднимаются и опускаются подвижные сосуды. Уровни воды в пьезометрах"рисуют" на миллиметровке кривую - решение уравнения.


Политехнический музей проводит огромную работу по сохранениюи популяризации истории научно-технических достижений страны. Очереднымшагом в этом направлении стал выпуск альбома-сборника "Инженерное наследиеМосквы в собрании Политехнического музея". Основой содержания книги сталипредметы и документы, входящие в собрание Политехнического музея и документирующиевклад Москвы в научно-технический прогресс в России и в СССР. Эта работавыполнена музеем в сотрудничестве с научным советом Российской академиинаук по охране природного и культурного наследия и Российской инженернойакадемией. Финансовую поддержку изданию оказала фирма ООО "Пронто-Москва".Публикуем сокращенный вариант одной из статей этого сборника, рассказывающейоб интереснейших экспонатах музея - гидроинтеграторах В. С. Лукьянова.
Москва во все времена была средоточием научно-технических сил государства.Из 392 открытий 1931-1990 годов (имеются в виду только официально зарегистрированныеи внесенные в Государственный реестр), более 180 были сделаны москвичамиили при их активном участии. Московские исследователи внесли значительныйвклад в развитие отечественной и мировой науки. В их числе - талантливыйсоветский ученый, лауреат Государственной премии, профессор, доктор техническихнаук Владимир Сергеевич Лукьянов (1902-1980). Его исследования вывели нашустрану на ведущие позиции в области аналоговых средств вычислительной техники.Гидравлический интегратор Лукьянова - первая в мире вычислительная машинадля решения дифференциальных уравнений в частных производных - на протяженииполувека был единственным средством вычислений, связанных с широким кругомзадач математической физики. Создание гидроинтегратора продиктовано сложнойинженерной задачей, с которой молодой специалист В. Лукьянов столкнулсяв первый же год работы.После окончания Московского института инженеров путей сообщения (МИИТ)Лукьянов был направлен на постройку железных дорог Троицк-Орск и Карталы-Магнитная(ныне Магнитогорск).В 20-30-е годы строительство железных дорог велось медленно. Основнымирабочими инструментами были лопата, кирка и тачка, а земляные работы ибетонирование производились только летом. Но качество работ все равно оставалосьневысоким, появлялись трещины - бич железобетонных конструкций.Лукьянов заинтересовался причинами образования трещин в бетоне. Егопредположение об их температурном происхождении сталкивается со скептическимотношением специалистов. Молодой инженер начинает исследования температурныхрежимов в бетонных кладках в зависимости от состава бетона, используемогоцемента, технологии проведения работ и внешних условий. Распределение тепловыхпотоков описывается сложными соотношениями между температурой и меняющимисясо временем свойствами бетона. Эти соотношения выражаются так называемымиуравнениями в частных производных. Однако существовавшие в то время (1928год) методы расчетов не смогли дать быстрого и точного их решения.В поисках путей решения проблемы Лукьянов обращается к трудам математикови инженеров. Верное направление он находит в трудах выдающихся российскихученых - академиков А. Н. Крылова, Н. Н. Павловского и М. В. Кирпичева.Инженер-кораблестроитель, механик, физик и математик академик АлексейНиколаевич Крылов (1863-1945) в конце 1910 года построил уникальную механическуюаналоговую вычислительную машину - дифференциальный интегратор для решенияобыкновенных дифференциальных уравнений 4-го порядка.Академик Николай Николаевич Павловский (1884-1937) занимался вопросамигидравлики. В 1918 году доказал возможность замены одного физического процессадругим, если они описываются одним и тем же уравнением (принцип аналогиипри моделировании).Академик Михаил Викторович Кирпичев (1879-1955) - специалист в областитеплотехники, разработал теорию моделирования процессов в промышленныхустановках - метод локального теплового моделирования. Метод позволял влабораторных условиях воспроизводить явления, наблюдаемые на больших промышленныхобъектах.Лукьянов сумел обобщить идеи великих ученых: модель - вот высшая степеньнаглядности математической истины. Проведя исследования и убедившись, чтозаконы течения воды и распространения тепла во многом сходны, он сделалвывод - вода может выступать в роли модели теплового процесса. В 1934 годуЛукьянов предложил принципиально новый способ механизации расчетов неустановившихсяпроцессов - метод гидравлических аналогий и спустя год создал тепловуюгидромодель для демонстрации метода. Это примитивное устройство, сделанноеиз кровельного железа, жести и стеклянных трубок, успешно разрешило задачуисследования температурных режимов бетона.Главным его узлом стали вертикальные основные сосуды определенной емкости,соединенные между собой трубками с изменяемыми гидравлическими сопротивлениямии подключенные к подвижным сосудам. Поднимая и опуская их, меняли напорводы в основных сосудах. Пуск или остановка процесса расчета производилиськранами с общим управлением.В 1936 году заработала первая в мире вычислительная машина для решенияуравнений в частных производных - гидравлический интегратор Лукьянова.Для решения задачи на гидроинтеграторе необходимо было:1) составить расчетную схему исследуемого процесса;2) на основании этой схемы произвести соединение сосудов, определитьи подобрать величины гидравличес ких сопротивлений трубок;3) рассчитать начальные значения искомой величины;4) начертить график изменения внешних условий моделируемого процесса.После этого задавали начальные значения: основные и подвижные сосудыпри закрытых кранах наполняли водой до рассчитанных уровней и отмечалиих на миллиметровой бумаге, прикрепленной за пьезометрами (измерительнымитрубками) - получалась своеобразная кривая. Затем все краны одновременнооткрывали, и исследователь менял высоту подвижных сосудов в соответствиис графиком изменения внешних условий моделируемого процесса. При этом напорводы в основных сосудах менялся по тому же закону, что и температура. Уровнижидкости в пьезометрах менялись, в нужные моменты времени краны закрывали,останавливая процесс, и на миллиметровой бумаге отмечали новые положенияуровней. По этим отметкам строили график, который и был решением задачи.Возможности гидроинтегратора оказались необычайно широки и перспективны.В 1938 году В. С. Лукьяновым была основана лаборатория гидравлических аналогий,которая вскоре превратилась в базовую организацию для внедрения методав народное хозяйство страны. Руководителем этой лаборатории он оставалсяв течение сорока лет.Главным условием широкого распространения метода гидравлической аналогиистало совершенствова ние гидроинтегратора. Создание конструкции, удобнойв практическом применении, позволило решать задачи различных типов - одномерные,двухмерные и трехмерные. Например, течение воды в прямолинейных границах- одномерный поток. Двумерное движение наблюдается в районах крупных излучинрек, вблизи островов и полуостровов, а грунтовые воды растекаются в трехизмерениях.Первый гидроинтегратор ИГ-1 был предназначен для решения наиболее простых- одномерных - задач. В 1941 году сконструирован двухмерный гидравлическийинтегратор в виде отдельных секций.В 1949 году постановлением Совета Министров СССР в Москве создан специальныйинститут "НИИСЧЕТМАШ", которому были получены отбор и подготовка к серийномупроизводству новых образцов вычислительной техники. Одной из первых такихмашин стал гидроинтегратор. За шесть лет в институте разработана новаяего конструкция из стандартных унифицированных блоков и на Рязанском заводесчетно-аналитичес ких машин начался их серийный выпуск с заводской маркойИГЛ (интегратор гидравлический системы Лукьянова). Ранее единичные гидравлическиеинтеграторы строились на Московском заводе счетно-аналитичес ких машин(САМ). В процессе производства секции были модифицированы для решения трехмерныхзадач.В 1951 году за создание семейства гидроинтеграторов В. С. Лукьяновуприсуждена Государственная премия.После организации серийного производства интеграторы стали экспортироватьсяза границу: в Чехословакию, Польшу, Болгарию и Китай. Но самое большоераспространение они получили в нашей стране. С их помощью провели научныеисследования в поселке "Мирный", расчеты проекта Каракумского канала иБайкало-Амурской магистрали. Гидроинтеграторы успешно использовались вшахтостроении, геологии, строительной теплофизике, металлургии, ракетостроениии во многих других областях.Особенно наглядно проявилась эффективность метода гидравлических аналогийпри изготовлении железобетонных блоков первой в мире гидроэлектростанциииз сборного железобетона - Саратовской ГЭС им. Ленинского комсомола (1956-1970).Требовалось разработать технологию изготовления около трех тысяч огромныхблоков весом до 200 тонн. Блоки должны были быстро вызревать без трещинна поточной линии во все времена года и сразу устанавливаться на место.Очень сложные расчеты температурного режима с учетом непрерывного изменениясвойств твердеющего бетона и условий электропрогрева произвели своевременно и в нужном объеме только благодаря гидроинтеграторам Лукьянова. Теоретическиерасчеты в сочетании с испытаниями на опытном полигоне и на производствепозволили отработать технологию изготовления блоков безукоризненного качества.Появившиеся в начале 50-х годов первые цифровые электронно-вычислительныемашины (ЦЭВМ) не могли составить конкуренции "водяной" машине. Основныепреимущества гидроинтегратора - наглядность процесса расчета, простотаконструкции и программирования. ЭВМ первого и второго поколений были дороги,имели невысокую производительность, малый объем памяти, ограниченный наборпериферийного оборудования, слабо развитое программное обеспечение, требоваликвалифицированного обслуживания. В частности, задачи мерзлотоведения легкои быстро решались на гидроинтеграторе, а на ЭВМ - с большими сложностями.Более того, предварительное применение метода гидравлических аналогий помогалопоставить задачу, подсказать путь программирования ЭВМ и даже проконтролироватьее во избежание грубых ошибок. В середине 1970-х годов гидравлические интеграторыприменялись в 115 производственных, научных и учебных организациях, расположенныхв 40 городах нашей страны. Только в начале 80-х годов появились малогабаритные,дешевые, с большим быстродействием и объемом памяти цифровые ЭВМ, полностьюперекрывающие возможности гидроинтеграто ра.Два гидроинтегратора Лукьянова представлены в коллекции аналоговых машинПолитехнического музея в Москве. Это редкие экспонаты, имеющие большуюисторическую ценность, памятники науки и техники. Оригинальные вычислительныеустройства вызывают неизменный интерес посетителей и входят в число самыхценных экспонатов отдела вычислительной техники.
О. СОЛОВЬЕВА.
Трехмерный экспериментальный гидроинтегратор Лукьянова.
Вычисления на двухмерном гидроинтеграторе.