【简介：】沈元的专业是空气动力学。空气动力学是一切飞行器在大气中飞行的理论基础，也是设计飞机的基本理论依据。在伦敦大学，沈元选择了一个在当时航空发展上具有关键意义的课题，他的研
沈元的专业是空气动力学。空气动力学是一切飞行器在大气中飞行的理论基础，也是设计飞机的基本理论依据。在伦敦大学，沈元选择了一个在当时航空发展上具有关键意义的课题，他的研究工作，集中在解决飞机从亚音速向音速逼近时的空气动力问题。
40年代中期，航空科学技术面临着革命性的变革。这个新的突破有两个特点，一是飞机的动力装置从活塞式发动机向喷气式发动机发展；二是飞机的速度由亚音速向超音速冲击，这两个特点又互相关联。没有喷气式发动机的发展，飞机不寇达到超音速；而没有飞机外形设计方面的重大改进，有了喷气式发动机，也不能突破阻力的障碍，研制出超音速飞机。因此，使飞机的外形适应提高速度的要求，就是摆在空气动力学研究人员面前重要的理论课题。沈元的研究工作，正是针对解决这方面的问题进行的。
沈元抵达英国的时候，第二次世界大战进入后期。当时的战斗机，最大速度约每小时700公里。要进一步提高速度，就碰到所谓“音障”问题。音障是在气流的速度接近音速时开始产生的，这时飞机受到的空气阻力急剧增加，严重的还将导致机毁人亡的事故。声音的速度在海平面为每小时1223公里，在11000米的高空是每小时1062公里。时速700多公里的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能比700公里大得多。当飞机再飞快一些，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。
沈元的研究工作，就是要从理论上探讨处在高亚音速气流中的物体，在什么情况下会出现怎样的局部超音速和激波。从事这项研究，为了做出流体速度图，要做大量的数学运算。当时电子计算机还未问世，在一年多时间里，沈元依靠手摇计算机，进行大量繁杂的计算，付出艰苦的劳动，终于对圆柱体在高速气流中的运动规律，得出了很有价值的成果。
1945年夏天，沈元的博士论文《大马赫数下绕圆柱的可压缩流动的理论探讨》通过了答辩，在伦敦大学接受了哲学博士的学位。他的论文用速度图法证实了高亚音速流动下，圆柱体附近极限线的存在，从理论上和计算结果上证实了高亚声速流动下，圆柱体表面附近可出现正常流动的局部超声速区。它揭示出只有在气流马赫数增加到一定数值时，圆柱体表面某处流线才开始出现来回折转的尖点，这时正常流动才不复存在。这一研究结果启示了在绕物体（如机翼）的高亚音速流动中，如马赫数不超过某一定值，就可能保持无激波的、含有局部超音速区的跨音速流动。它针对当时高速飞行接近音速时产生激波的问题，从理论上探讨无激波跨音速绕流的可能性。第一次从理论计算上得出高亚音速绕圆柱体流动的流线图，得出速度分布，以及在某一临界马赫数以下，流动可以加速到超音速而不致发生激波的可能性。通过这方面的研究，可以掌握高速气流的规律，了解机体形状和产生激波阻力之间的关系，探索是否可能让飞机在无激波的情况下接近音速，从而为设计新型高速飞机奠定理论基础。这个成果，虽然带有近似性，但在沈元之前，还没有人从理论上算出来，因此是一项首创性的成果。根据这项研究成果写成的学位论文，获得答辩委员会的很高评价，被推荐在英国皇家航空研究院第9873号报告上发表。沈元本人被接纳为英国皇家航空学会副高级会员。
这项研究成果，在论文正式发表之前，就引起国内外航空界的注意。1945年9月，当时已经享有盛誉的物理学家周培源，到巴黎出席国际应用力学学术会议，特地从法国赶到英国，通过中国驻英使馆找到沈元，向他了解这项研究的情况。英国著名空气动力学家戈德斯廷博士应邀到美国麻省理工学院讲学，曾经介绍了沈元的这项成果。英国赖特希尔教授（后来是皇家航空研究院的院长）1947年在英国最高的学术刊物《皇家学会会志》上发表的文章中也引述了沈元论文的结论。一直到50年代，英国著名学者豪沃思出版的两卷集著作《近代流体力学发展高速流动》一书中，还详细谈到沈元十几年前做的工作及成果。可以说，沈元的研究成果对当时航空科学在高亚音速领域内的发展，起到一定的推动作用。沈元取得哲学博士学位后，在英国又住了一年，主要是到以生产喷气发动机著称的罗伊斯・罗尔斯公司考察技术。
