1951年4月,王南寿分配到军委空军工程部外场处,历任歼击机科科员、参谋、助理员、副科长,期间到南苑航校学习米格-9飞机地面使用维护,并奉命到战争前沿的飞行部队,与机务人员一起排除故障,检查和判明疑难事故。这段时间虽然不长,但对王南寿后来主持飞机设计和科研管理打下了坚实的基础。
1958年5月,空军一所(简称空一所)开始组建。作为主要筹备人员,王南寿与回国的5位留苏生和调集的10名试验员一起,积极组织学习,先后去工厂、研究机构调研试验设备和任务方向,完成了建设规划。他在担任飞机发动机研究室副主任的同时,还负责基建工程的监管。当时正是国家的困难时期,基建的物资和施工队伍都很紧张,他积极协调上级、基建单位,争取支持和理解,用3年的努力完成了在建的5个项目,为空一所具备配套的工作环境做出了贡献。
1961年,国家组建国防部航空研究院,空一所合建到航空研究院第一研究所(现中航工业沈阳所),王南寿被任命为飞机空气动力设计室主任。他利用一切可用的时间,边学边干,不断摸索,在熟悉米格-21的基础上,建立了空气动力各专业的设计手段,初步具备了自行设计能力。1964年,王南寿从气动力室调任总体设计室主任,负责新飞机歼8设计的策划和提供总体设计方案。1965年5月,任航空研究院第一研究所总设计师,主持歼8设计工作。在他的带领下,全体设计人员经过不断的努力拼搏,克服动乱、极度困难的各种环境条件,1968年6月,试制出了供地面结构强度试验和首飞的飞机,同时设计队伍也得到了成长。
1969年11月,空军和三机部决定成立一所分所(即611所),设计歼9飞机。王南寿作为组建者(时任歼8总设计师,兼管歼9研制)于当年12月与章百近同志去成都考察所址,准备搬迁。
1970年5月,包括科技、工人、行政、政工人员共计313人向成都搬迁,随迁的有13台普通机床和一台苏式吉普车。当时的所址是原13航校的校址,面积较大,营房简陋,多数是泥土做的简易房子,两栋普通砖木结构的房子改成设计楼,没有生产和试验设备。
面对艰巨的任务和困难的环境,王南寿带领大家边科研,边建所。针对设计目标,不断开展计算和试验。为了开展最基本的风洞试验,除了利用随迁的生产设备之外,还找到了已停产的协作单位。大家废寝忘食地工作,用15天时间,生产出一套木质风洞试验模型,45天生产出一套保证质量的高速风洞试验模型,创造了奇迹。
面对不到沈阳飞机研究所1/6的队伍,开展新机设计的难度可想而知。王南寿狠抓设计队伍的数量和质量,通过积极调动家属,为职工子弟办学习班等措施来巩固已有队伍;通过努力向部内单位和其他单位招聘人才、老带新、授课培训等措施来壮大、提升设计团队。为了设计出可行的飞机方案,他倡导所有的方案设计都必须严格按设计程序、设计规范进行,这为成都所的研发人员形成“求实、创新、团结、拼搏”的精神打下了坚实的基础。
1980年,王南寿调三机部工作,任三机部科技委秘书长、常务副主任。1994年退休。
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