逆压梯度湍流边界层是自然界与工业生产中的常见现象,例如在机翼表面和叶轮表面等曲面上,其最为普遍的影响是导致边界层分离,进而产生各种不利情况。由于水下交通工具和潜艇的尾区同样存在曲面,所以也存在逆压梯度,其诱导产生的边界层分离一方面会导致涡脱,冲击尾部螺旋桨;另一方面会增大前行阻力,所以研究逆压梯度湍流边界层的性质至关重要。以此为背景,本文面向逆压梯度湍流边界层研究,首先设计并标定了整套实验装置。通过零压梯度下装置的壁面压力系数沿流向的分布验证了装置的合理性。并在不同雷诺数下调节尾翼角度找到其最佳值,使来流在前缘的驻点位于前缘顶部,同时证明了尾翼角度变化对压力系数分布的影响范围在主要测量区域之外。随后通过改变被测试部分上方的柔性顶板的形状调节主流压力分布完成了装置的逆压梯度标定工作。逆压梯度标定的结果表明实验装置最大可将边界层无量纲压力梯度系数β（β=δ*/τw·（dp/dx））调节至9.73,是学界普遍标准认定的强逆压梯度,所以装置具备足够的逆压梯度调节能力。为了精确测量较高雷诺数（Rex>1×10~6）下逆压梯度湍流边界层中粘性底层的速度分布进而计算壁面切应力,本文探究并改良了长距离micro-PIV测量系统。最终结果表明,在本文实验中涉及到的粘性底层厚度最小（≈120μm）的工况下,长距离micro-PIV可以在其范围内测得37个速度矢量,所有工况下的最小可分辨空间尺度平均约为5μm。最后本文分析了湍流边界层的热线信号,研究了3个雷诺数下逆压梯度湍流边界层的充分发展段中沿流向4个测量位置的湍流统计量分布规律及其相互之间的关联。并基于PIV数据,研究了同一雷诺数下逆压梯度湍流边界层中涡包形态及其沿流向的演化和边界层现象中上抛和下扫事件Q2/Q4的分布及演化。研究发现逆压梯度湍流边界层中存在上扬角度为29°涡包结构,并且上扬角随着无量纲压力梯度参数β的增大保持不变,有别于文献中的情况。在Q2/Q4分布中靠近边界层边缘的区域发现了未经报道的第3个峰值。