沈元簡介
沈元：航空科學在高亞音速領域研究的推動者
沈元，空氣動力學家，航空工程學家，航空教育家。早年留學英國的博士論文，被讚譽為是一項創造性的成果，對當時航空科學在高亞音速領域的發展，起了推動作用。 從４０年代起，從事航空工程教育和行政管理工作。５０年代以後，他全心全意地投入到新中國航空高等學府的建設中，跟蹤科技發展，預見建設需要，開創新專業，建設新實驗室，設立前沿學科的研究課題。他重視理論聯繫實際的教學原則，積極倡導同國際間的交流合作。為北京航空學院的創建和發展，作出了重要貢獻。 １９８３年以後，從事我國交通運輸戰略決策問題的研究，為決定立項研製國產幹線飛機，起了重要作用。
沈元，出生於１９１６年４月２６日，祖籍福建省福州市，他的家當時住在福州城裏雙拋路。沈元六世祖沈紹安，是著名的福州脱胎漆器的創始人。沈紹安的漆器店，就開在自己家裏，是一個手工業式的家庭作坊。以後，每代都傳給長子，一直到沈元的父親，都是以生產和經營漆器為生。福州的脱胎漆器從沈紹安發明以後，逐漸流傳開來，成為名揚中外的一項福州特產的工藝品。有的人通過經營脱胎漆器發了財，但是沈元的家境卻並不寬裕。沈家制作的漆器，一向注重質量，從不偷工減料。有的人做漆器不但加工粗糙，且裏面用豬血代替生漆，外面再刷上漆，買主看不出來。其祖父沈正鎬就不肯這麼幹。所以沈家的產量和成本都比不上人家。這個祖傳的作風，也影響到沈元。他無論是對待教學科研，還是對待一項具體工作，都一絲不苟，嚴格要求。這同他從小參與家庭作坊的一些勞動，受嚴格而細緻的生產漆器的家風的薰陶有直接關係。
１９３５年，沈元從福州英華中學高中畢業，他在中學的學習很用功，由於經濟原因，沒有立即投考大學。他跟着父親到青島，參加當時在青島舉行的展銷會，推銷家裏生產的漆器。展銷活動結束後，父親給了他一些錢，讓他到北平（今北京）求學。但是這時已過了大學的入學考試時期，他只好到中學畢業前，就已保送他去燕京大學學習。由於當時燕京大學沒有他所想學的工科，１９３６年夏天，沈元又報考了清華大學機械系，學習航空工程。當年清華全校錄取新生３００名，沈元入學考試成績是第３名。很巧合，那年投考清華錄取的前４名，有３名都是學航空的。
沈元的大學生活是在戰亂中度過的。他進入清華的第二年，１９３７年７月７日爆發了“蘆溝橋事變”，日本侵略軍開始全面侵華戰爭，清華大學倉促撤退到湖南長沙。由於６月放暑假時沈元就已回家，他就從福州趕到長沙上學。在長沙，清華、北大和南開三所大學，借用嶽麓山下湖南大學的部分房子上課，度過了一個冬天。１９３８年，日本侵略軍大舉南下，國民黨軍隊一潰千里，戰火很快要燒到長沙。沈元又跟着學校３００多位師生，揹着簡單的行李，爬山涉水步行２０００餘里，來到了未被日本佔領的昆明。在這裏，清華大學、北京大學和南開大學三所學校的師生，聯合起來成立了一所抗戰時期西南最高學府西南聯合大學。
抗戰時期的生活是很艱苦的。西南聯大師生們在簡陋的校舍裏，在儀器設備極端缺乏的條件下，忍飢挨餓堅持教學。沈元就在這樣艱難的環境下刻苦學習，於１９４０年畢業。由於他成績優秀，畢業後留校任航空系助教。
從大學畢業開始，沈元就把自己獻給祖國的航空科學和教育事業。４０餘年來，不論在國內還是在國外，他的生活和工作幾乎都是在大學裏度過的。他既是一位科學家，又是一位教育家。
１９４２年，著名的英國科學史家李約瑟博士（ｄｒ．ｆｏｓｅｐｈ ｎｅｅｄ－ｈａｍ）受英國文化委員會的委託，來華開展中英科學合作和交流工作。他在重慶建立了一所中英科學合作辦事處（ｓｉｎｏ－ｂｒｉｔｉｓｈ ｓｃｉ－ｅｎｃｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆｆｉｃｅ）。這個機構負責推薦中國人員去英國進修、研究。１９４３年，沈元考取了英國文化委員會提供的獎學金，被推薦到英國倫敦大學帝國理工學院航空系當研究生，攻讀博士學位。
在英國攻讀哲學博士學位，一般要３年時間。沈元到英國後，為了爭取在取得學位後留出時間去研究機構工作，取得一年實際工作經驗後回國，決定用２年時間獲取博士學位。他的導師同意幫助他實現這個很難達到的目標。結果２年拿到了哲學博士學位。
高亞音速領域研究成果推動了航空科學的發展
沈元的專業是空氣動力學。空氣動力學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。在倫敦大學，沈元選擇了一個在當時航空發展上具有關鍵意義的課題，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，航空科學技術面臨着革命性的變革。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動機向噴氣式發動機發展；二是飛機的速度由亞音速向超音速衝擊，這兩個特點又互相關聯。沒有噴氣式發動機的發展，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，有了噴氣式發動機，也不能突破阻力的障礙，研製出超音速飛機。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，第二次世界大戰進入後期。當時的戰鬥機，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，由於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，在什麼情況下會出現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，要做大量的數學運算。當時電子計算機還未問世，在一年多時間裏，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，終於對圓柱體在高速氣流中的運動規律，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，從理論上和計算結果上證實了高亞聲速流動下，圓柱體表面附近可出現正常流動的局部超聲速區。它揭示出只有在氣流馬赫數增加到一定數值時，圓柱體表面某處流線才開始出現來回折轉的尖點，這時正常流動才不復存在。這一研究結果啟示了在繞物體（如機翼）的高亞音速流動中，如馬赫數不超過某一定值，就可能保持無激波的、含有局部超音速區的跨音速流動。它針對當時高速飛行接近音速時產生激波的問題，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，得出速度分佈，以及在某一臨界馬赫數以下，流動可以加速到超音速而不致發生激波的可能性。通過這方面的研究，可以掌握高速氣流的規律，瞭解機體形狀和產生激波阻力之間的關係，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，因此是一項首創性的成果。根據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，在論文正式發表之前，就引起國內外航空界的注意。１９４５年９月，當時已經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ｓ．戈德斯廷（ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ）博士應邀到美國麻省理工學院（ｍｉｔ）講學，曾經介紹了沈元的這項成果。英國ｍ．ｊ．賴特希爾（ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ）教授（後來是皇家航空研究院的院長）１９４７年在英國最高的學術刊物《皇家學會會志》上發表的文章中也引述了沈元論文的結論。一直到５０年代，英國著名學者ｌ．豪沃思（ｈｏｗａｒｔｈ）出版的兩卷集著作《近代流體力學發展高速流動》一書中，還詳細談到沈元十幾年前做的工作及成果。可以説，沈元的研究成果對當時航空科學在高亞音速領域內的發展，起到一定的推動作用。沈元取得哲學博士學位後，在英國又住了一年，主要是到以生產噴氣發動機著稱的羅伊斯·羅爾斯公司考察技術。
愛國知識分子的典範
沈元具有愛國知識分子的正義感。從學生時代起，他就積極參加愛國運動。“九·一八”事變發生時他在福州上中學。日本侵略軍的侵略行為，使少年沈元心中深深埋下了抗敵救國的種子。１９３５年冬天，他在北平參加了“一二·九”學生運動，進一步激發了反帝愛國的決心。抗戰時期大後方的艱苦生活，抗戰勝利前後在異國他鄉的孤身鑽研，都沒有沖淡他熱愛祖國，獻身祖國航空事業的熱情。他謝絕了英國大學待遇優厚的聘請，於１９４６年夏天回到了戰後的祖國。
中華民國時期，航空科學研究工作由國民黨的航空委員會所把持。要想進入這個機構，都必須加入國民黨。但是沈元對於國民黨統治的腐敗，早已深惡痛絕，決不願意參加國民黨。他已經兩度頂住壓力，拒不接受國民黨拉他下水的企圖。一次是出國之前，國民黨當局在出國人員中反覆動員，要他們履行入黨手續後再出國。沈元頂住了。另一次是在英國，當時中國駐英使館的國民黨官員通知沈元説：你為什麼還不入黨？要馬上填表，補行宣誓儀式。又被沈元拒絕了。現在回國了，雖然很希望繼續做研究工作，但由於不願與國民黨同流合污，只好放棄進入航空委員會的機會。
沈元接受了母校的邀請，回到清華大學航空系。開始是副教授，一年之後升任教授。這時沈元才３１歲。在清華，沈元繼續做他在英國開始的研究工作。１９４８年，沈元將他在空氣動力學方面的研究工作，從圓柱體推進到對橢圓柱體在高亞集音速氣流中的運動規律的研究，對於飛機速度從亞音速到超音速的過渡，在理論研究上更接近於機翼外形的實際。１９４８年４月，他發表了《高亞音速下可壓縮性流體繞似橢圓柱體的流動》的論文，載於《清華大學理科報告》第５卷第１期。他還計劃進一步擴展對翼型體的高亞音速流動進行研究。與此同時，為了開展教學與科研方面的實驗工作，他在當時經費和設備極為困難的條件下，為清華大學設計並建造一座低速回流式風洞。這是當時國內高等院校中最先進的風洞。它的試驗段截面是橢圓形的，在其他相同條件下可以進行模型尺寸較大的吹風試驗。直到現在，這座風洞仍然在教學和科研中發揮作用。
１９４８年１２月，解放戰爭的炮火在清華園裏清晰可聞。國民黨當局倉促脅迫清華的教授們逃往南方，當時清華航空系主任也乘飛機跑往美國了。在中共地下黨的領導下，當時一批進步教授在教授會上反對國民黨搬遷清華的陰謀，沈元堅決站在他們一邊反對逃跑，並參加了護校活動迎接解放。在航空系地下黨員何東昌、屠守鍔等人推薦下，沈元被推任清華航空系主任。１９４９年２月北平和平解放，從此沈元開始了在新中國的生活，正在這時，沈元突然接到福州的電報，父親病故，母親病重。經校領導批准，沈元從北平繞道香港回到福州料理後事。８月１７日福州解放，海陸兩路暫不通行旅客，沈元不能北上。當時英華中學校長邀請沈元回母校教課，沈元欣然應聘，擔任了高中的數學、物理、英語和政治經濟學（由當時福建省人民政府對教師進行輔導）的講課，同時還兼任一個班的班主任。陳景潤就是這個班上的學生。那時沈元常在學校的教員宿舍過夜，陳景潤和其他一些同學常來他宿舍聊天，沈元常同他們談青年人的理想和追求，啟發他們對科學事業的志向。沈元在當年課堂上和課外時間講過的話，深深影響了陳景潤獻身科學事業的道路。陳景潤在其後幾十年攀登數學世界高峯的歲月裏，時常懷念他這位中學時代的啟蒙老師。從５０年代起，陳景潤就將他每次發表的論文的單行本寄給沈元，並在上面寫了對這位教過他的老師表示感謝的話。１９７８年全國科學大會召開期間，沈元從報上刊登的報告文學《哥德巴赫猜想》上，讀到了他的這位久別高足的事蹟，給陳景潤寫了一封信。信裏説：“你的卓越成就，是你在黨的培養下和老科學家的支持下，不畏艱苦，勇攀高峯，辛勤勞動的結果。至於文章中提到我的作用，我感到是對我過獎了。當然我也為有你這樣的學友而自豪。”
獻身於航空航天教育事業和科研事業
１９５０年，沈元回到北京。華羅庚領導的數學研究所和清華大學聯合聘請沈元任教授。第二年，清華大學成立航空工程學院，沈元被任命為院長。１９５２年全國院系調整，成立了北京航空學院（現改名為北京航空航天大學），３６歲的沈元被任命為副院長。建院初期的任務非常繁重，從基建計劃到專業設置、課程安排、師資培養和師生生活，一切都要從頭開始。沈元全心全意地投入到這一所新中國自己建立的航空高等學府的建設中去。這當然會影響到他個人的研究工作，但是他愉快地服從了黨的教育事業的需要。他知道剛剛誕生的新中國需要既懂科學專業，又有管理才能的技術領導骨幹。北京航空學院建院初期，他親自領導師資培養工作，組織大批青年教師向蘇聯專家學習，使學院的師資隊伍及時得到了充實。幾十年來，他從我國航空教育的實際出發，根據長遠的需要，在師資培養、新專業設置、重大科研項目的開展和實驗設備建設等方面，都起了重要領導作用。
１９５６年他參加制定國家科學技術遠景規劃後，和學院領導一起，預見到宇航事業和導彈工業需要人才的緊迫性，採取了果斷措施，克服很多困難，組織建立了火箭導彈方面的一套新專業。這些專業的大批畢業生已經成為我國航天事業的技術骨幹。
１９５８年沈元決定在北京航空學院自行設計製造國內第一座中型的超音速風洞。利用爭取到的有限經費，經過不懈的努力，風洞終於建成，在教學和科研上發揮了很好的作用。１９５８年以來，北京航空學院開展了新型飛行器、高精度陀螺以及測試技術等方面的研究和設計試製工作，設計製造了超音速風洞、高空實驗設備、液體火箭發動機和衝壓發動機試車站、熱應力實驗設備等重大教學科研突驗設備，填補了我國當時在這些領域的空白。這些成果的取得與身為主管教學科研的沈元副院長的親自指導是分不開的，從初始的規劃到開創條件付諸實踐，沈元都費盡心血。
沈元對科學技術發展的新動向比較敏感，他較早地注意到電子計算機將會對整個工業包括航空航天工業起革命性的作用。５０年代末，他組織選派教師到中國科學院計算技術研究所進修學習，並批准購置了一台剛試製成功的國產第一代電子數字計算機。“文化大革命”後期，在他組織領導下，克服了思想上和物質上的重重困難，使北京航空學院於１９７５年從國外引進了ｆｅｌ１ｘ—０２５６第三代中型電子數字計算機，建立了計算機應用專業。粉碎“四人幫”後，北京航空學院又繼續從國外引進一些更先進的小型計算機併購進一批國產計算機，為培養人才和推廣計算機在各專業的應用起了重要的作用。
１９８２年他積極鼓勵組織可靠性研究，這對推動航空工程傳統學科專業的改造，對我國航空產品可靠性設計及國產飛機延壽的改進，對可靠性學科理論在我國傳播發展，都起了推動作用。
沈元一貫強調理論聯繫實際的教學原則，培養學生的動手能力。１９７８年恢復招收研究生制度，北京航空學院首次一年招收了１２８名研究生。沈元對研究生培養提出了“精選苗子、寧缺勿濫、打好基礎、嚴格要求、能力培養和科研任務結合”的方針。在繁重的行政工作之餘，他還親自指導培養了四屆研究生。
沈元積極倡導同國外大學、研究機構、航空航天企業的國際交流。１９７３年北京航空學院開始聘請英國專家為名譽教授，開展雙邊參觀講學、學術交流，增派進修教師，為改革開放及人才培養創造了有利條件。
１９８０年，沈元被任命為北京航空學院院長，１９８３年以後任名譽院（校）長。１９５６年沈元加入中國共產黨。６０年代初，沈元積極領導籌建中國航空學會，並於１９６４年成立，當選為首屆理事長。“文化大革命”之後，沈元再度當選為中國航空學會第二屆理事長，現為名譽理事。他還是中國科協榮譽委員，中國空氣動力研究會名譽會長，中國力學學會和中國系統工程學會名譽會員。１９８１年他曾應邀在巴黎國際首屆航空航天學術報告會上發表演講，介紹中國航空航天成就和學術活動。
由於他在學術上有較深的造詣，在教學、科研、管理方面有豐富的經驗，參加了歷次國家科學技術遠景規劃的制定工作。１９８０年當選為中國科學院學部委員，任數學物理學部常委。他曾任全國政協常委。他還是民盟中央科技委員會副主任、國務院學位委員會委員、國家自然科學獎勵委員會委員、航空工業部（現為中國航空工業總公司）科學技術委員會特邀委員、國家自然科學基金委員會顧問、國家教委高等工科力學課程指導委員會主任委員、泰國亞洲理工學院董事會成員。１９８３年後沈元從事我國交通運輸戰略決策問題的研究，為我國決定立項研製國產幹線飛機起到重要作用。
由於沈元對我國航空航天事業作出的突出貢獻，他多次獲得國家的獎勵，並獲得國際榮譽。１９９０年１２月被國家教委授予“從事高教科技工作四十年成績顯著”榮譽證書。１９９１年被授予航空航天工業部“勞動模範”稱號。１９９２年被授予航空航天工業部“有突出貢獻專家”稱號。１９９３年被英國劍橋國際傳記中心授予“１９９３年世界傑出知識分子”榮譽稱號及金質證章。他還多次入選英國、美國、澳大利亞及遠東名人錄。