La especialidad de Shen Yuan es la aerodinámica. La aerodinámica es la base teórica para que todos los aviones vuelen en la atmósfera, y también es la base teórica básica para el diseño de aviones. En la Universidad de Londres, Shen Yuan eligió un tema que era de importancia crítica en el desarrollo de la aviación en ese momento. Su trabajo de investigación se centró en resolver los problemas aerodinámicos de los aviones que se acercaban desde la velocidad subsónica a la velocidad sónica.
A mediados de la década de 1940, la ciencia y la tecnología de la aviación afrontaron cambios revolucionarios. Este nuevo avance tiene dos características: en primer lugar, el motor del avión ha evolucionado desde motores de pistón hasta motores a reacción; en segundo lugar, la velocidad del avión ha pasado de velocidades subsónicas a supersónicas. Estas dos características están interrelacionadas. Sin el desarrollo de motores a reacción, los aviones no pueden alcanzar velocidades supersónicas; y sin mejoras importantes en el diseño de la apariencia de los aviones, incluso con motores a reacción, es imposible romper la barrera de resistencia y desarrollar aviones supersónicos. Por lo tanto, adaptar la forma del avión a los requisitos del aumento de velocidad es una cuestión teórica importante a la que se enfrentan los investigadores de aerodinámica. El trabajo de investigación de Shen Yuan está precisamente dirigido a resolver problemas en este ámbito.
Cuando Shen Yuan llegó a Gran Bretaña, la Segunda Guerra Mundial entró en sus últimas etapas. La velocidad máxima de los aviones de combate en aquella época era de unos 700 kilómetros por hora. Para aumentar aún más la velocidad, nos encontramos con el problema de la llamada "barrera del sonido". La barrera del sonido comienza a aparecer cuando la velocidad del flujo de aire se acerca a la velocidad del sonido. En este momento, la resistencia del aire que experimenta el avión aumenta drásticamente, lo que puede provocar accidentes graves con accidentes aéreos y muertes. La velocidad del sonido es de 1223 kilómetros por hora al nivel del mar y de 1062 kilómetros por hora a una altitud de 11.000 metros. Para una aeronave que viaja a una velocidad de más de 700 kilómetros por hora, cuando el flujo de aire de frente fluye sobre la superficie de la aeronave, debido a las diferentes formas de la superficie, la velocidad local puede ser mucho mayor que 700 kilómetros por hora. . Cuando el avión vuela más rápido, la velocidad del flujo de aire local puede alcanzar la velocidad del sonido, generando ondas de choque locales, que aumentarán considerablemente la resistencia aerodinámica.
El trabajo de investigación de Shen Yuan consiste en explorar teóricamente las circunstancias bajo las cuales aparecerán velocidades supersónicas locales y ondas de choque en objetos con un alto flujo de aire subsónico. Al realizar esta investigación, se hicieron muchos cálculos para producir un mapa de velocidad del fluido. En ese momento, las computadoras electrónicas aún no habían aparecido. Durante más de un año, Shen Yuan confió en una computadora de manivela para realizar una gran cantidad de cálculos complicados y trabajó duro, finalmente llegó a una conclusión muy valiosa sobre el. Resultados de las leyes de movimiento de los cilindros en un flujo de aire de alta velocidad.
En el verano de 1945, Shen Yuan aprobó la defensa de su tesis doctoral "Discusión teórica sobre el flujo compresible alrededor de un cilindro con grandes números de Mach" y se doctoró en filosofía por la Universidad de Londres. Su artículo utilizó el método del diagrama de velocidad para confirmar la existencia de la línea límite cerca del cilindro bajo un flujo subsónico alto. Los resultados teóricos y calculados confirmaron que bajo un flujo subsónico alto, puede aparecer una zona supersónica local con flujo normal cerca de la superficie del cilindro. . Revela que sólo cuando el número de Mach del flujo de aire aumenta hasta un cierto valor, las líneas de corriente en algún lugar de la superficie del cilindro comienzan a girar hacia adelante y hacia atrás con cúspides, y luego el flujo normal deja de existir. El resultado de esta investigación ilustra que en un flujo subsónico elevado alrededor de un objeto (como el ala de un avión), si el número de Mach no supera un cierto valor, es posible mantener un flujo transónico sin ondas de choque y que contenga una zona supersónica local. Abordó el problema de las ondas de choque generadas al volar a altas velocidades cercanas a la velocidad del sonido y exploró teóricamente la posibilidad de un flujo transónico sin choques. Por primera vez, a partir de cálculos teóricos se obtuvo el diagrama de corriente de alto flujo subsónico alrededor de un cilindro, y se obtuvo la distribución de velocidades, así como la posibilidad de que por debajo de un cierto número de Mach crítico, el flujo pueda acelerar a velocidades supersónicas sin generar ondas de choque. A través de la investigación en esta área, podemos comprender las leyes del flujo de aire a alta velocidad, comprender la relación entre la forma del cuerpo de la aeronave y la generación de resistencia a las ondas de choque y explorar si es posible permitir que la aeronave se acerque a la velocidad de sonido sin ondas de choque, sentando así una base teórica para el diseño de nuevos aviones de alta velocidad. Aunque este resultado es aproximado, nadie lo había calculado teóricamente antes de Shen Yuan, por lo que es un resultado pionero. La disertación escrita sobre la base de los resultados de esta investigación recibió grandes elogios por parte del comité de defensa y fue recomendada para su publicación en el Informe No. 9873 del Royal Aeronautical Research Institute. El propio Shen Yuan fue admitido como miembro asociado senior de la Real Sociedad Aeronáutica.
El resultado de esta investigación atrajo la atención de la industria de la aviación nacional y extranjera antes de que el artículo se publicara oficialmente. En septiembre de 1945, Zhou Peiyuan, un físico que ya era muy conocido en ese momento, fue a París para asistir a la Conferencia Académica Internacional sobre Mecánica Aplicada. Corrió desde Francia al Reino Unido y encontró a Shen Yuan a través de la Embajada de China en el Reino Unido. para aprender de él sobre esta investigación.
El Dr. Goldstine, un famoso aerodinámico británico, fue invitado a dar conferencias en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en los Estados Unidos y presentó los resultados de Shen Yuan. La conclusión del artículo de Shen Yuan también fue citada en un artículo publicado por el profesor británico Wrighthill (más tarde presidente del Real Instituto Aeronáutico) en 1947 en Proceedings of the Royal Society, la revista académica más importante del Reino Unido. Hasta la década de 1950, el trabajo de dos volúmenes "Flujo de alta velocidad en el desarrollo de la mecánica de fluidos moderna" publicado por el famoso erudito británico Howarth también analiza en detalle el trabajo y los resultados de Shen Yuan hace más de diez años. Se puede decir que los resultados de la investigación de Shen Yuan desempeñaron un cierto papel en la promoción del desarrollo de la ciencia de la aviación en el campo de las altas velocidades subsónicas en ese momento. Después de que Shen Yuan obtuvo su doctorado en filosofía, vivió en el Reino Unido un año más, principalmente para inspeccionar la tecnología en Royce-Rolls, una empresa famosa por su producción de motores a reacción.