超声速/高超声速飞行器内、外流场中普遍存在着部件之间的耦合影响，部件之间相互干扰涉及多种复杂流动现象，如边界层转捩、复杂激波干扰、激波诱导边界层分离、再附激波与尾迹的相互作用等，对飞行器的气动、动力和控制等性能具有十分重要的影响。这些复杂流场结构体现了典型壁面突起物绕流特征，是当前流动控制研究中的热点和难点问题，因此，相关流场的精细结构与动力学特性研究，具有重要的理论研究价值和广泛的工程应用价值。超声速壁面涡流发生器绕流流场受到可压缩性、湍流、大尺度涡结构、激波、滑移线等强间断和强非线性因素的影响，导致绕流流场精细结构的高分辨率数值模拟和测量十分困难。本文采用高分辨率NPLS技术，从涡结构、速度场和密度场三个方面，分别对三角翼、圆柱和半球三种构型附壁涡流发生器的超声速绕流流场的空间精细结构、时间演化特征及动力学特性进行了深入研究。由于涡流发生器附近流场区域的流动结构变化快、时间相关性差，某些特征通过实验直接辨识存在一定的困难，本文结合数值模拟技术与实验结果进行了相互验证。多视角和多分辨率NPLS图像再现了超声速壁面涡流发生器绕流流场的复杂结构。超声速气流与不同构型涡流发生器相互作用，可能产生前缘三维压缩激波、三维脱体激波、再附激波、小激波等复杂波系结构，及上游分离区、壁面三维拓扑结构、下游回流区、尾迹和流向涡等复杂流动结构。基于时间相关的NPLS图像，系统研究和分析了不同构型涡流发生器绕流流场结构随时间的演化特征；根据不同流向和展向平面绕流流场结构的时空结构特征，发现了不同构型涡流发生器涡结构的周期性脱落模式；建立了不同构型涡流发生器绕流流场的激波结构和拟序结构模型。超声速绕流流场一般具有较大的速度梯度，特别是激波前后会存在间断，相应的速度场测量极具挑战性。本文利用NPLS系统中纳米粒子的高动态响应特性，结合当前PIV测速技术，对超声速三角翼、圆柱和半球三种涡流发生器绕流速度场进行了深入研究。不同流向切面的速度分布表明，不同构型超声速附壁涡流发生器绕流的速度场结构及其动力学成因存在较大的区别；发现了尾流区拟序结构所表征的涡结构特征，并据此建立了尾流区拟序结构模型。基于NPLS图像，实现了对三种构型涡流发生器的超声速绕流密度场的瞬态测量。根据相应绕流流场的密度分布情况，发现超声速绕流流场在激波前后、涡流发生器附近、主流与边界层和尾流区拟序涡结构之间存在较大的密度梯度。分别对尾流涡结构和壁面效应对密度脉动的作用效应及密度脉动的非定常性进行了研究，并由此分析了激波结构、尾流区拟序涡结构对超声速绕流流场密度脉动造成的影响；频域特征分析表明尾流区大尺度涡结构是尾流区拟序涡结构质量、动量和能量的主要载体，主导着与高密度高速主流的质量、动量和能量的交换，其沿流向的发展和演化是导致超声速壁面涡流发生器尾流区发生密度脉动的主要因素。论文研究过程中，提出了基于NPLS技术的超声速附壁涡流发生器绕流密度场和速度场的测量方法；发现了超声速附壁涡流发生器绕流流场的三维激波/边界层相互干扰、波-涡相互作用和尾流区拟序结构等复杂流场结构；建立了超声速附壁涡流发生器绕流流场激波结构和尾流区的流动结构模型，对利用涡流发生器干扰和控制超声速流场具有重要的意义。由于绕流流场结构比较复杂，需要采用更高分辨率的测量技术，对绕流流场更加精细的结构特征和复杂动力学过程进行更加深入的研究。