后台阶流动因其几何结构简单、具有固定的分离点、且流动中包含了分离再附着流动现象的主要特征而被视为研究分离流动的理想实验对象。在实际的工程应用中也普遍存在此类流动现象,如大迎角下翼型表面的分离流动,进入截面突然扩张的管道、燃烧室的流动,经过涡轮和压缩机叶片的流动、气流流经桥梁以及高层建筑等现象。当流动分离以及再附着现象出现时,会引起额外的阻力、结构的振动、压力的脉动、噪音等不利因素,从而对流体机械的效率以及飞行器的性能产生不利影响。因此有必要采取流动控制的方式对分离流动进行有效控制,而控制流动分离的目的就是推迟流动分离现象的出现,减小分离区域,改善物体表面的受力状态,这对于提高流体机械的效率、扩大飞行器稳定工作的范围、增升减阻、减少结构的振动、抑制噪声等有着积极意义。近些年来,等离子体流动控制技术作为一种新型的能够显著改善物体表面受力状态的主动流动控制技术而备受青睐。为了探究等离子体激励对分离流动的控制机理和作用,本文应用等离子体激励器针对后台阶分离流动的控制方法和机制展开实验研究。研制了适用于后台阶分离流动控制的串联型以及并联型的直角型等离子体激励器,探明了这两种类型的等离子体激励器的辉光放电特性随电压、电流变化的规律,阐述了等离子体激励器辉光放电的工作原理。在静止大气中,运用二维粒子成像测速系统(Particle Image Velocimetry,PIV)测量了两种类型的等离子体激励器的诱导速度场,掌握了定常以及非定常激励状态下等离子体激励器诱导速度以及体积力强度随激励电压的变化规律,并对两种类型的等离子体激励器对气流诱导加速的作用机理进行了研究。利用PIV以及热线风速仪搭建了应用等离子体激励器针对后台阶分离流动控制的风洞实验系统。借助二维PIV的流动显示测量结果,探明了等离子体激励器控制参数(激励方向、脉冲频率、激励电压)的变化对后台阶分离流动所产生的影响,探讨了典型激励状态下等离子体激励器沿不同方向对后台阶分离流动的控制机理。运用本征正交分解法(Proper Orthogonal Decomposition,POD)对后台阶流动的瞬时流场进行了重建,分析了应用等离子体激励器对后台阶流动控制的主要影响模态。本文主要工作如下:1、针对后台阶流动控制实验,设计了直角型等离子体激励器。为了能够使等离子体激励器在狭窄的区域内(40mm(沿流向)/38mm(沿垂向))形成较高的诱导风速,并且避免由于放置多对电极而产生的电极间的反向放电现象,对等离子体激励器的电极连接方式采用了串联型以及并联型的设计,这有别于前人在后台阶流动控制实验中,等离子体激励器仅采用单对电极的设计。对等离子体激励器表面进行了绝缘强化处理,延长了等离子体激励器在高强度交流电压源作用下的稳定工作时间。通过对直角型等离子体激励器在定常激励状态下的电压、电流、以及辉光放电特性的研究,证实了等离子体激励器串联以及并联型的设计可以在一定程度上起到抑制电极间反向放电的作用,揭示了两种类型的直角型等离子体激励器的辉光放电特性随电压、电流变化的规律。2、在静止大气中,运用二维PIV对两种类型的直角型等离子体激励器沿着水平以及45°方向的诱导速度场进行了测量,研究了其对气流的诱导加速机理。通过求解动量方程得到了两种类型的直角型等离子体激励器(沿着45°方向)在定常激励状态下的体积力强度以及空间分布,分析了等离子体诱导体积力随激励电压的变化规律。3、应用热线风速仪对后台阶不同流向位置剪切层中的瞬时速度进行了多点测量,通过功率谱密度分析,获得了不同流向位置的自然不稳定性频率,为后台阶流动控制实验提供了重要的实验依据。4、按照测量所得到的不同流向位置剪切层中的自然不稳定性频率,对等离子体激励器进行脉冲频率调制,在台阶处分别以沿着水平、垂直向上、以及45°方向的方式对后台阶流动施加周期性的扰动。应用PIV对等离子体激励器开启前后的瞬时流动细节进行了观察,对典型激励状态下(St_H≈0.21),动量厚度、平均流向速度梯度、雷诺应力以及湍动能产生项的分布、涡量、再附着位置的改变进行了分析。实验结果表明:等离子体激励器的脉冲频率被调制为St_H≈0.21、激励电压Vpp=24.4kV时,沿着水平方向对后台阶流动施加激励时,平均再附着长度达到最小值。与前人的研究结果相比,流动控制效果得到明显改善。5、应用POD方法对后台阶流动进行了分析。通过不断增加更多的POD模态参与瞬时速度场的重建,分析了不同尺度的流动结构对瞬时流动状态所产生的影响。分析表明:在典型激励状态下,包含较多能量的低阶模态,主要表现为剪切层区域的涡运动,而这些包含较多能量的低阶模态对流动的发展产生了重要的影响。