本文主要以直接数值模拟为研究手段,针对压力梯度作用下超声速湍流边界层的相干结构演化规律,三维流场组织结构以及湍流统计特性开展了深入而系统的研究。特别是采用“分而治之”的研究思路,将壁面曲率效应与压力梯度解耦开来,既分别研究了单纯平板超声速湍流边界层在逆压梯度（APG）和顺压梯度（FPG）作用下湍流结构及统计特性的响应规律,同时还将相同压力分布条件下曲率壁面耦合的压力梯度效应与单纯压力梯度效应进行了比较分析。与零压力梯度（ZPG）边界层相比,由于逆压力梯度的存在,近壁条带结构更容易形成具有较大展向尺度的团状结构。增强的大尺度结构（LSMs）是体积压缩作用下外边界层的典型流动结构。结果表明,Q4事件在近壁区占主导地位,Q2事件在边界层的其余部分占主导地位。由于压缩波的存在,斜压性在近壁速度条带及边界层外层大尺度结构的形成中起着重要的作用,同时也是平板逆压力梯度边界层中内外层流体交互运动的主要驱动力。凹曲率壁面中,类G（?）rtler涡的生成是其流场的主要特点。该结构扭曲了局部密度梯度并与凹曲率壁面压缩效应相互作用产生斜压扭矩,导致边界层外层产生大量的小尺度涡,代表凹壁面上局部湍流的放大。凹曲率壁面边界层的内部区域似乎受G（?）rtler不稳定性的影响很小,并主要通过体积压缩所致斜压效应获得相对平缓的湍流放大。即使没有壁面曲率的存在,湍流结构对顺压力梯度效应和伴随的体积膨胀的响应也表现出典型的分层化（内层和外层）特性。近壁条带结构在展向上间距增大,流向上尺度拉长。外层高速流体比近壁低速流体远离壁面的速度要高得多,因此来自近壁区的低速流体和近壁不稳定性无法进一步传播到最外层边界层。相应地,在边界层内,特别是在外层,抑制了相邻条带结构的纠缠,进一步减小了小尺度运动。与顺压力梯度平板边界层相比,凸曲壁流动的展向条带间距更大。沿壁面法线方向的湍动能分布和能量平衡也呈现出了明显的双层结构。在外层,湍流脉动沿着曲壁被持续抑制。与外层相比,内层湍流更快地得到恢复,生成项与耗散项也最终形成新的近似局部平衡。分析发现,双层结构是由于体积膨胀和离心效应限制了内层与外层以及外层与主流之间的质量和动量交换,而内层湍流水平恢复则可能源于壁面粘性不稳定性的持续作用。