【簡介：】沈元的專業(yè)是空氣動力學?？諝鈩恿W是一切飛行器在大氣中飛行的理論基礎，也是設計飛機的基本理論依據(jù)。在倫敦大學，沈元選擇了一個在當時航空發(fā)展上具有關(guān)鍵意義的課題，他的研

沈元的專業(yè)是空氣動力學?？諝鈩恿W是一切飛行器在大氣中飛行的理論基礎，也是設計飛機的基本理論依據(jù)。在倫敦大學，沈元選擇了一個在當時航空發(fā)展上具有關(guān)鍵意義的課題，他的研究工作，集中在解決飛機從亞音速向音速逼近時的空氣動力問題。
40年代中期，航空科學技術(shù)面臨著革命性的變革。這個新的突破有兩個特點，一是飛機的動力裝置從活塞式發(fā)動機向噴氣式發(fā)動機發(fā)展；二是飛機的速度由亞音速向超音速沖擊，這兩個特點又互相關(guān)聯(lián)。沒有噴氣式發(fā)動機的發(fā)展，飛機不寇達到超音速；而沒有飛機外形設計方面的重大改進，有了噴氣式發(fā)動機，也不能突破阻力的障礙，研制出超音速飛機。因此，使飛機的外形適應提高速度的要求，就是擺在空氣動力學研究人員面前重要的理論課題。沈元的研究工作，正是針對解決這方面的問題進行的。
沈元抵達英國的時候，第二次世界大戰(zhàn)進入后期。當時的戰(zhàn)斗機，最大速度約每小時700公里。要進一步提高速度，就碰到所謂“音障”問題。音障是在氣流的速度接近音速時開始產(chǎn)生的，這時飛機受到的空氣阻力急劇增加，嚴重的還將導致機毀人亡的事故。聲音的速度在海平面為每小時1223公里，在11000米的高空是每小時1062公里。時速700多公里的飛機，迎面氣流在流過機體表面的時候，由于表面各處的形狀不同，局部時速可能比700公里大得多。當飛機再飛快一些，局部氣流的速度可能就達到音速，產(chǎn)生局部激波，從而使氣動阻力劇增。
沈元的研究工作，就是要從理論上探討處在高亞音速氣流中的物體，在什么情況下會出現(xiàn)怎樣的局部超音速和激波。從事這項研究，為了做出流體速度圖，要做大量的數(shù)學運算。當時電子計算機還未問世，在一年多時間里，沈元依靠手搖計算機，進行大量繁雜的計算，付出艱苦的勞動，終于對圓柱體在高速氣流中的運動規(guī)律，得出了很有價值的成果。
1945年夏天，沈元的博士論文《大馬赫數(shù)下繞圓柱的可壓縮流動的理論探討》通過了答辯，在倫敦大學接受了哲學博士的學位。他的論文用速度圖法證實了高亞音速流動下，圓柱體附近極限線的存在，從理論上和計算結(jié)果上證實了高亞聲速流動下，圓柱體表面附近可出現(xiàn)正常流動的局部超聲速區(qū)。它揭示出只有在氣流馬赫數(shù)增加到一定數(shù)值時，圓柱體表面某處流線才開始出現(xiàn)來回折轉(zhuǎn)的尖點，這時正常流動才不復存在。這一研究結(jié)果啟示了在繞物體（如機翼）的高亞音速流動中，如馬赫數(shù)不超過某一定值，就可能保持無激波的、含有局部超音速區(qū)的跨音速流動。它針對當時高速飛行接近音速時產(chǎn)生激波的問題，從理論上探討無激波跨音速繞流的可能性。第一次從理論計算上得出高亞音速繞圓柱體流動的流線圖，得出速度分布，以及在某一臨界馬赫數(shù)以下，流動可以加速到超音速而不致發(fā)生激波的可能性。通過這方面的研究，可以掌握高速氣流的規(guī)律，了解機體形狀和產(chǎn)生激波阻力之間的關(guān)系，探索是否可能讓飛機在無激波的情況下接近音速，從而為設計新型高速飛機奠定理論基礎。這個成果，雖然帶有近似性，但在沈元之前，還沒有人從理論上算出來，因此是一項首創(chuàng)性的成果。根據(jù)這項研究成果寫成的學位論文，獲得答辯委員會的很高評價，被推薦在英國皇家航空研究院第9873號報告上發(fā)表。沈元本人被接納為英國皇家航空學會副高級會員。
這項研究成果，在論文正式發(fā)表之前，就引起國內(nèi)外航空界的注意。1945年9月，當時已經(jīng)享有盛譽的物理學家周培源，到巴黎出席國際應用力學學術(shù)會議，特地從法國趕到英國，通過中國駐英使館找到沈元，向他了解這項研究的情況。英國著名空氣動力學家戈德斯廷博士應邀到美國麻省理工學院講學，曾經(jīng)介紹了沈元的這項成果。英國賴特希爾教授（后來是皇家航空研究院的院長）1947年在英國最高的學術(shù)刊物《皇家學會會志》上發(fā)表的文章中也引述了沈元論文的結(jié)論。一直到50年代，英國著名學者豪沃思出版的兩卷集著作《近代流體力學發(fā)展高速流動》一書中，還詳細談到沈元十幾年前做的工作及成果?？梢哉f，沈元的研究成果對當時航空科學在高亞音速領域內(nèi)的發(fā)展，起到一定的推動作用。沈元取得哲學博士學位后，在英國又住了一年，主要是到以生產(chǎn)噴氣發(fā)動機著稱的羅伊斯?羅爾斯公司考察技術(shù)。