沈元——航空科学在高亚音速领域研究的推动者
（１９１６— ）
谢础
沈元，空气动力学家，航空工程学家，航空教育家。早年留学英国的博士论文，被赞誉为是一项创造性的成果，对当时航空科学在高亚音速领域的发展，起了推动作用。 从４０年代起，从事航空工程教育和行政管理工作。５０年代以后，他全心全意地投入到新中国航空高等学府的建设中，跟踪科技发展，预见建设需要，开创新专业，建设新实验室，设立前沿学科的研究课题。他重视理论联系实际的教学原则，积极倡导同国际间的交流合作。为北京航空学院的创建和发展，作出了重要贡献。 １９８３年以后，从事我国交通运输战略决策问题的研究，为决定立项研制国产干线飞机，起了重要作用。
沈元，出生于１９１６年４月２６日，祖籍福建省福州市，他的家当时住在福州城里双抛路。沈元六世祖沈绍安，是著名的福州脱胎漆器的创始人。沈绍安的漆器店，就开在自己家里，是一个手工业式的家庭作坊。以后，每代都传给长子，一直到沈元的父亲，都是以生产和经营漆器为生。福州的脱胎漆器从沈绍安发明以后，逐渐流传开来，成为名扬中外的一项福州特产的工艺品。有的人通过经营脱胎漆器发了财，但是沈元的家境却并不宽裕。沈家制作的漆器，一向注重质量，从不偷工减料。有的人做漆器不但加工粗糙，且里面用猪血代替生漆，外面再刷上漆，买主看不出来。其祖父沈正镐就不肯这么干。所以沈家的产量和成本都比不上人家。这个祖传的作风，也影响到沈元。他无论是对待教学科研，还是对待一项具体工作，都一丝不苟，严格要求。这同他从小参与家庭作坊的一些劳动，受严格而细致的生产漆器的家风的熏陶有直接关系。
１９３５年，沈元从福州英华中学高中毕业，他在中学的学习很用功，由于经济原因，没有立即投考大学。他跟着父亲到青岛，参加当时在青岛举行的展销会，推销家里生产的漆器。展销活动结束后，父亲给了他一些钱，让他到北平（今北京）求学。但是这时已过了大学的入学考试时期，他只好到中学毕业前，就已保送他去燕京大学学习。由于当时燕京大学没有他所想学的工科，１９３６年夏天，沈元又报考了清华大学机械系，学习航空工程。当年清华全校录取新生３００名，沈元入学考试成绩是第３名。很巧合，那年投考清华录取的前４名，有３名都是学航空的。
沈元的大学生活是在战乱中度过的。他进入清华的第二年，１９３７年７月７日爆发了“芦沟桥事变”，日本侵略军开始全面侵华战争，清华大学仓促撤退到湖南长沙。由于６月放暑假时沈元就已回家，他就从福州赶到长沙上学。在长沙，清华、北大和南开三所大学，借用岳麓山下湖南大学的部分房子上课，度过了一个冬天。１９３８年，日本侵略军大举南下，国民党军队一溃千里，战火很快要烧到长沙。沈元又跟着学校３００多位师生，背着简单的行李，爬山涉水步行２０００余里，来到了未被日本占领的昆明。在这里，清华大学、北京大学和南开大学三所学校的师生，联合起来成立了一所抗战时期西南最高学府西南联合大学。
抗战时期的生活是很艰苦的。西南联大师生们在简陋的校舍里，在仪器设备极端缺乏的条件下，忍饥挨饿坚持教学。沈元就在这样艰难的环境下刻苦学习，于１９４０年毕业。由于他成绩优秀，毕业后留校任航空系助教。
从大学毕业开始，沈元就把自己献给祖国的航空科学和教育事业。４０余年来，不论在国内还是在国外，他的生活和工作几乎都是在大学里度过的。他既是一位科学家，又是一位教育家。
１９４２年，著名的英国科学史家李约瑟博士（Ｄｒ．Ｆｏｓｅｐｈ Ｎｅｅｄ－ｈａｍ）受英国文化委员会的委托，来华开展中英科学合作和交流工作。他在重庆建立了一所中英科学合作办事处（Ｓｉｎｏ－Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｃｉ－ｅｎｃｅ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｏｆｆｉｃｅ）。这个机构负责推荐中国人员去英国进修、研究。１９４３年，沈元考取了英国文化委员会提供的奖学金，被推荐到英国伦敦大学帝国理工学院航空系当研究生，攻读博士学位。
在英国攻读哲学博士学位，一般要３年时间。沈元到英国后，为了争取在取得学位后留出时间去研究机构工作，取得一年实际工作经验后回国，决定用２年时间获取博士学位。他的导师同意帮助他实现这个很难达到的目标。结果２年拿到了哲学博士学位。
高亚音速领域研究成果推动了航空科学的发展
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Ｓ．戈德斯廷（Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ）博士应邀到美国麻省理工学院（ＭＩＴ）讲学，曾经介绍了沈元的这项成果。英国Ｍ．Ｊ．赖特希尔（Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ）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Ｌ．豪沃思（Ｈｏｗａｒｔｈ）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。
爱国知识分子的典范
沈元具有爱国知识分子的正义感。从学生时代起，他就积极参加爱国运动。“九·一八”事变发生时他在福州上中学。日本侵略军的侵略行为，使少年沈元心中深深埋下了抗敌救国的种子。１９３５年冬天，他在北平参加了“一二·九”学生运动，进一步激发了反帝爱国的决心。抗战时期大后方的艰苦生活，抗战胜利前后在异国他乡的孤身钻研，都没有冲淡他热爱祖国，献身祖国航空事业的热情。他谢绝了英国大学待遇优厚的聘请，于１９４６年夏天回到了战后的祖国。
中华民国时期，航空科学研究工作由国民党的航空委员会所把持。要想进入这个机构，都必须加入国民党。但是沈元对于国民党统治的腐败，早已深恶痛绝，决不愿意参加国民党。他已经两度顶住压力，拒不接受国民党拉他下水的企图。一次是出国之前，国民党当局在出国人员中反复动员，要他们履行入党手续后再出国。沈元顶住了。另一次是在英国，当时中国驻英使馆的国民党官员通知沈元说：你为什么还不入党？要马上填表，补行宣誓仪式。又被沈元拒绝了。现在回国了，虽然很希望继续做研究工作，但由于不愿与国民党同流合污，只好放弃进入航空委员会的机会。
沈元接受了母校的邀请，回到清华大学航空系。开始是副教授，一年之后升任教授。这时沈元才３１岁。在清华，沈元继续做他在英国开始的研究工作。１９４８年，沈元将他在空气动力学方面的研究工作，从圆柱体推进到对椭圆柱体在高亚集音速气流中的运动规律的研究，对于飞机速度从亚音速到超音速的过渡，在理论研究上更接近于机翼外形的实际。１９４８年４月，他发表了《高亚音速下可压缩性流体绕似椭圆柱体的流动》的论文，载于《清华大学理科报告》第５卷第１期。他还计划进一步扩展对翼型体的高亚音速流动进行研究。与此同时，为了开展教学与科研方面的实验工作，他在当时经费和设备极为困难的条件下，为清华大学设计并建造一座低速回流式风洞。这是当时国内高等院校中最先进的风洞。它的试验段截面是椭圆形的，在其他相同条件下可以进行模型尺寸较大的吹风试验。直到现在，这座风洞仍然在教学和科研中发挥作用。
１９４８年１２月，解放战争的炮火在清华园里清晰可闻。国民党当局仓促胁迫清华的教授们逃往南方，当时清华航空系主任也乘飞机跑往美国了。在中共地下党的领导下，当时一批进步教授在教授会上反对国民党搬迁清华的阴谋，沈元坚决站在他们一边反对逃跑，并参加了护校活动迎接解放。在航空系地下党员何东昌、屠守锷等人推荐下，沈元被推任清华航空系主任。１９４９年２月北平和平解放，从此沈元开始了在新中国的生活，正在这时，沈元突然接到福州的电报，父亲病故，母亲病重。经校领导批准，沈元从北平绕道香港回到福州料理后事。８月１７日福州解放，海陆两路暂不通行旅客，沈元不能北上。当时英华中学校长邀请沈元回母校教课，沈元欣然应聘，担任了高中的数学、物理、英语和政治经济学（由当时福建省人民政府对教师进行辅导）的讲课，同时还兼任一个班的班主任。陈景润就是这个班上的学生。那时沈元常在学校的教员宿舍过夜，陈景润和其他一些同学常来他宿舍聊天，沈元常同他们谈青年人的理想和追求，启发他们对科学事业的志向。沈元在当年课堂上和课外时间讲过的话，深深影响了陈景润献身科学事业的道路。陈景润在其后几十年攀登数学世界高峰的岁月里，时常怀念他这位中学时代的启蒙老师。从５０年代起，陈景润就将他每次发表的论文的单行本寄给沈元，并在上面写了对这位教过他的老师表示感谢的话。１９７８年全国科学大会召开期间，沈元从报上刊登的报告文学《哥德巴赫猜想》上，读到了他的这位久别高足的事迹，给陈景润写了一封信。信里说：“你的卓越成就，是你在党的培养下和老科学家的支持下，不畏艰苦，勇攀高峰，辛勤劳动的结果。至于文章中提到我的作用，我感到是对我过奖了。当然我也为有你这样的学友而自豪。”
献身于航空航天教育事业和科研事业
１９５０年，沈元回到北京。华罗庚领导的数学研究所和清华大学联合聘请沈元任教授。第二年，清华大学成立航空工程学院，沈元被任命为院长。１９５２年全国院系调整，成立了北京航空学院（现改名为北京航空航天大学），３６岁的沈元被任命为副院长。建院初期的任务非常繁重，从基建计划到专业设置、课程安排、师资培养和师生生活，一切都要从头开始。沈元全心全意地投入到这一所新中国自己建立的航空高等学府的建设中去。这当然会影响到他个人的研究工作，但是他愉快地服从了党的教育事业的需要。他知道刚刚诞生的新中国需要既懂科学专业，又有管理才能的技术领导骨干。北京航空学院建院初期，他亲自领导师资培养工作，组织大批青年教师向苏联专家学习，使学院的师资队伍及时得到了充实。几十年来，他从我国航空教育的实际出发，根据长远的需要，在师资培养、新专业设置、重大科研项目的开展和实验设备建设等方面，都起了重要领导作用。
１９５６年他参加制定国家科学技术远景规划后，和学院领导一起，预见到宇航事业和导弹工业需要人才的紧迫性，采取了果断措施，克服很多困难，组织建立了火箭导弹方面的一套新专业。这些专业的大批毕业生已经成为我国航天事业的技术骨干。
１９５８年沈元决定在北京航空学院自行设计制造国内第一座中型的超音速风洞。利用争取到的有限经费，经过不懈的努力，风洞终于建成，在教学和科研上发挥了很好的作用。１９５８年以来，北京航空学院开展了新型飞行器、高精度陀螺以及测试技术等方面的研究和设计试制工作，设计制造了超音速风洞、高空实验设备、液体火箭发动机和冲压发动机试车站、热应力实验设备等重大教学科研突验设备，填补了我国当时在这些领域的空白。这些成果的取得与身为主管教学科研的沈元副院长的亲自指导是分不开的，从初始的规划到开创条件付诸实践，沈元都费尽心血。
沈元对科学技术发展的新动向比较敏感，他较早地注意到电子计算机将会对整个工业包括航空航天工业起革命性的作用。５０年代末，他组织选派教师到中国科学院计算技术研究所进修学习，并批准购置了一台刚试制成功的国产第一代电子数字计算机。“文化大革命”后期，在他组织领导下，克服了思想上和物质上的重重困难，使北京航空学院于１９７５年从国外引进了ＦＥＬ１Ｘ—０２５６第三代中型电子数字计算机，建立了计算机应用专业。粉碎“四人帮”后，北京航空学院又继续从国外引进一些更先进的小型计算机并购进一批国产计算机，为培养人才和推广计算机在各专业的应用起了重要的作用。
１９８２年他积极鼓励组织可靠性研究，这对推动航空工程传统学科专业的改造，对我国航空产品可靠性设计及国产飞机延寿的改进，对可靠性学科理论在我国传播发展，都起了推动作用。
沈元一贯强调理论联系实际的教学原则，培养学生的动手能力。１９７８年恢复招收研究生制度，北京航空学院首次一年招收了１２８名研究生。沈元对研究生培养提出了“精选苗子、宁缺勿滥、打好基础、严格要求、能力培养和科研任务结合”的方针。在繁重的行政工作之余，他还亲自指导培养了四届研究生。
沈元积极倡导同国外大学、研究机构、航空航天企业的国际交流。１９７３年北京航空学院开始聘请英国专家为名誉教授，开展双边参观讲学、学术交流，增派进修教师，为改革开放及人才培养创造了有利条件。
１９８０年，沈元被任命为北京航空学院院长，１９８３年以后任名誉院（校）长。１９５６年沈元加入中国共产党。６０年代初，沈元积极领导筹建中国航空学会，并于１９６４年成立，当选为首届理事长。“文化大革命”之后，沈元再度当选为中国航空学会第二届理事长，现为名誉理事。他还是中国科协荣誉委员，中国空气动力研究会名誉会长，中国力学学会和中国系统工程学会名誉会员。１９８１年他曾应邀在巴黎国际首届航空航天学术报告会上发表演讲，介绍中国航空航天成就和学术活动。
由于他在学术上有较深的造诣，在教学、科研、管理方面有丰富的经验，参加了历次国家科学技术远景规划的制定工作。１９８０年当选为中国科学院学部委员，任数学物理学部常委。他曾任全国政协常委。他还是民盟中央科技委员会副主任、国务院学位委员会委员、国家自然科学奖励委员会委员、航空工业部（现为中国航空工业总公司）科学技术委员会特邀委员、国家自然科学基金委员会顾问、国家教委高等工科力学课程指导委员会主任委员、泰国亚洲理工学院董事会成员。１９８３年后沈元从事我国交通运输战略决策问题的研究，为我国决定立项研制国产干线飞机起到重要作用。
由于沈元对我国航空航天事业作出的突出贡献，他多次获得国家的奖励，并获得国际荣誉。１９９０年１２月被国家教委授予“从事高教科技工作四十年成绩显著”荣誉证书。１９９１年被授予航空航天工业部“劳动模范”称号。１９９２年被授予航空航天工业部“有突出贡献专家”称号。１９９３年被英国剑桥国际传记中心授予“１９９３年世界杰出知识分子”荣誉称号及金质证章。他还多次入选英国、美国、澳大利亚及远东名人录。
简历
１９１６年４月２６日 生于福建省福州市。
１９３５—１９３６年 北平燕京大学化学系肄业。
１９３６—１９４０年 北平清华大学（后西南联大）航空系毕业。
１９４０—１９４３年 昆明西南联合大学航空系助教。
１９４３—１９４５年 英国帝国理工学院航空系研究生，获博士学位。
１９４５—１９４６年 英国罗罗航空发动机公司考察制造技术。
１９４６１９４９年 清华大学航空系副教授、教授、系主任。
１９４９—１９５０年 在福州英华中学任教。
１９５０—１９５１年３月 清华大学航空系教授、系主任。
１９５１年４月１９５２年１０月 清华大学航空工程学院教授、院长。
１９５２年１０月 北京航空学院教授、副院长、院长兼院党委副书记。
１９８３年后 任北京航空学院（现北京航空航天大学）名誉院（校）长。
主要论著
１ 沈元．大马赫数下绕圆柱的可压缩流动的理论探讨（Ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ ｆｌｏｗ ｒｏｕｎｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ａｔ ｌａｒｇｅ ｍａｃｈ ｎａｍｂｅｒｓ）．Ｂｒｉｔｉｓｈ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｕｎｃｉｌ ＲｅｐｏｒｔＮｏ．９８７３，１９４７
２ 沈元．高亚声速下可压缩性流体绕似椭圆柱体的流动（Ｔｈｅｆｌｏｗ ｏｆ ａｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ ｆｌｕｉｄ ｐａｓｔ ｑｕａｓｉ－ｅｌｌｉｐｔｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｓｕｂｓｏｎｉｃ ｓｐｅｅｄｓ）．ＴＨＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＲＥＰＯＲＴＳ ＯＦ ＮＡ－ＴＩＯＮＡＬ ＴＳＩＮＧ ＨＵＡ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ，１９４８，Ｖｏｌ．Ｖ（Ｎｏ．１）
３ 沈元．Ｓｏｍｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏａｌ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｔ ｔｈｅ Ｐａｒｉｓ Ａｉｒｓｈｏｗ Ｊｕｎｅ２—３，１９８１．ＡＩＡＡ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ，１９８２，Ｖｏｌ．６
来源：《中国科学技术专家传略》
