Hydrointegrator
Hydrointegrator, Integrator Wodny, Wodny Komputer Łukianowa (ros. Гидравлический интегратор) – wczesny komputer analogowy zbudowany w Związku Radzieckim w 1936 r. przez Władimira Łukjanowa[1][2][3]. Działał poprzez staranne manipulowanie wodą przepływającą przez zestaw połączonych rur i pomp[4]. Poziom wody w różnych komorach (z dokładnością do ułamków milimetra) reprezentował zapisane liczby, a szybkość przepływu między nimi odzwierciedlała operacje matematyczne. Maszyna ta była w stanie rozwiązać niejednorodne równania różniczkowe[5].
Historia[edytuj | edytuj kod]
Pierwsze wersje integratorów Łukjanowa były raczej eksperymentalne, zrobione z cynowych i szklanych rurek, a każdy integrator mógł zostać wykorzystany do rozwiązania tylko jednego problemu. W latach trzydziestych był to jedyny komputer w Związku Radzieckim do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych.
W 1941 r. Łukjanow stworzył hydrauliczny integrator o modułowej konstrukcji, który umożliwił skonstruowanie maszyny do rozwiązywania wielorakich problemów. W kolejnych latach zaprojektowano dwu- i trójwymiarowe hydrointegratory.
W latach 1949–1955 w Instytucie Maszyn Liczących NIISchetmash opracowano integrator w postaci standardowej jednostki zunifikowanej. W 1955 r. fabryka maszyn liczących i analitycznych Ryazan rozpoczęła seryjną produkcję integratorów o fabrycznej marce „IGL” (ros. Integrator Gidrawliczeskij Łukianowa, pl. integrator układu hydraulicznego Łukianowa). Maszyny te były szeroko dystrybuowane w dawnym bloku wschodnim i dostarczane min. do Czechosłowacji, Polski, Bułgarii czy Chin.
Obecnie dwa takie urządzenia są w zasobach Muzeum Politechnicznego w Moskwie[6].
Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]
Hydrointegrator zastosowano m.in.: podczas projektowania w latach czterdziestych kanału Karakum, przy pierwszej na świecie elektrowni wodnej z prefabrykowanego żelbetu wybudowanej w drugiej połowie lat sześćdziesiątych czy przy budowie linii głównej Bajkał – Amur w latach 70. XX wieku. Do modelowania na dużą skalę wodne komputery analogowe były używane w Związku Radzieckim jeszcze w latach osiemdziesiątych[1]. W całej swojej historii były one wykorzystywane w geologii, przy budowie kopalń, w hutnictwie, do produkcji rakiet i innych dziedzinach.
W Polsce przynajmniej jeden hydrointegrator wykorzystywany był w krakowskiej AGH min. do określania warunków hydrogeologicznych czy badania procesów przesączania i filtracji wód gruntowych[7].
Zasada działania[edytuj | edytuj kod]
Władimir Łukjanow zauważył analogię między równaniami opisującymi wymianę ciepła a równaniami opisującymi przepływ cieczy. Hydrointegrator działanie swoje opierał właśnie na tej zależności – naczynia imitowały badane pojemności cieplne a system połączeń odzwierciedlał konkretne działania.
Konstruktor wykorzystał następujące analogie[8]:
- Poziom wody w naczyniach w cm odpowiadał różnicom temperatur warstw i powietrza w stopniach Celsjusza
- Powierzchnie przekroju poprzecznego naczyń w cm² odpowiadały pojemności cieplnej warstw w kcal/stopień
- Ilość wody w naczyniach w cm³ odpowiadała entalpii warstw w kcal
- Opory hydrauliczne rurek, w min/cm łączących naczynia między sobą, odpowiadały oporności cieplnej warstw w stopniach * godz./kcal
- Opór hydrauliczny w rurce wylotowej odpowiadał oporności cieplnej między powierzchnią ściany a powietrzem w stopniach * godz./kcal
- Zużycie wody w cm³/min odpowiadało strumieniowi cieplnemu w kcal/godz.
Aby zatem opracować konkretny problem należało[6]:
- sporządzić schemat badanego procesu;
- na tej podstawie określić wielkości i sposób łączenia naczyń oraz wybrać wartości oporu hydraulicznego rur;
- obliczyć początkowe żądane wartości;
- narysować wykres zmian zewnętrznych i warunków symulowanego procesu.
Przykładowe obliczenia – chłodzenie wielowarstwowej ścianki płaskiej[8][edytuj | edytuj kod]
Każde z naczyń odzwierciedla pojemność cieplną jednej warstwy ściany, na jakie umownie podzielono badany mur. Naczynia napełnia się wodą do poziomu odpowiadającego temperaturze początkowej w każdej z warstw, po czym odkręca się zawory i woda zaczyna wypływać z naczyń. Zmiana poziomu wody w naczyniach jest analogiczna do zmiany temperatur w odpowiednich warstwach ścianki przy jej ochładzaniu.
Skala czasowa, czyli stosunek faktycznej długotrwałości procesu przekazywania ciepła w godzinach do długotrwałości procesu w hydrointegratorze w minutach równa się iloczynowi stosunku pojemności cieplnej do powierzchni przekroju naczynia i stosunku oporu cieplnego do oporu hydraulicznego. Aby ustalić temperaturę (czyli poziom wody w naczyniach) w określonych momentach czasowych, hydrointegrator wyposażony był w specjalne urządzenie, które jednocześnie zamykało wszystkie zawory pomiędzy naczyniami. Po zamknięciu zaznaczało się na umieszczonym za rurkami papierze milimetrowym poziomy wody w naczyniach, następnie otwierało się zawory i powtarzało zgodnie z harmonogramem zmian warunków zewnętrznych symulowanego procesu. Otrzymana w efekcie krzywa stanowiła rozwiązanie równania.
Zobacz też[edytuj | edytuj kod]
Przypisy[edytuj | edytuj kod]
- ↑ a b Ken Hanly: In 1936 Soviet scientist Lukyanov built an analog water computer. Digital Journal, 2012. [dostęp 2020-04-27]. (ang.).
- ↑ Praca Zbiorowa: Computing in Russia. The History of Computer Devices and Information Technology revealed. Kolonia: 2001, s. 84. ISBN 3-528-05757-2.
- ↑ 8, Water on the Brain. W: Mike Hally: Electronic Brains: Stories from the Dawn of the Computer Age. Waszyngton: Joseph Henry Pres, 2005, s. 185. ISBN 0-309-09630-8.
- ↑ https://www.amusingplanet.com/2019/12/vladimir-lukyanovs-water-computer.html Komputer wodny Władimira Łukjanowa.
- ↑ 2., Birth of the Machines. W: Martyn Amos: Genesis Machines. The new science of biocomputing. Atlantic Books, 2006. ISBN 978-1-84354-225-4.
- ↑ a b History of Computers and Computing, Calculating tools, Analog Computers, Vladimir Lukianov [online], history-computer.com [dostęp 2020-04-29] .
- ↑ Sławomir Łodziński, Bronisław Paczyński: Przegląd Geologiczny. Instytut Geologiczny, 1973. [dostęp 2020-04-19]. (pol.).
- ↑ a b Гидроинтегратор Лукьянова. HABR, 2014. [dostęp 2020-04-22]. (ros.).