飞行器头罩分离、战斗机座舱弹射、机弹分离等刚体和流体相互耦合的分离/运动问题是航空、航天、兵器工业等领域常见的复杂力学问题,此类分离/运动问题大多处于低空大动压的恶劣飞行环境中,流场处于高度非线性、非定常状态之中,气动和运动特性变化剧烈,是关乎飞行任务成败的关键问题之一。目前在空气动力学领域,多体运动的主要研究手段包括风洞试验、飞行试验和数值模拟,近年来随着计算流体力学(Computational Fluid Dynamics:CFD)的发展,数值模拟多体分离/运动问题得到迅猛的发展,其具有周期短、费用低、直观清晰等特点,本文将采用数值模拟方法研究头罩分离、折叠翼展开、头体分离过程。首先,文章调研、总结、对比了分离/多体运动问题的研究方法,重点介绍了数值模拟研究方法的分类和进展。介绍了流体Navier–Stokes控制方程和刚体运动6DoF(Degree of Freedom)弹道方程以及相关的离散和求解方法,同时简要介绍了文章使用的求解器STAR CCM+和多面体非结构动态嵌套网格的特点。其次,文章采用机翼/挂架/带舵外挂物模型(WPFS)对多面体非结构动态嵌套网格以及求解器耦合流场和刚体运动的动态数值模拟能力进行了验证和确认。最后,对头罩分离、折叠翼展开、头体分离过程分别进行了数值模拟。其中在头罩分离数值计算部分,设计头罩分离装置,确定了主动分离力的作用形式、作用力大小、作用位置、作用行程;创新性的利用前后两套网格插值解决了头罩分离的初场赋值问题;同时考察了头罩质心、分离力大小、头罩内压对分离轨迹的影响;分析头罩运动特性和流场动态特性,考察头罩分离过程对飞行器本体的姿态扰动。在折叠翼展开数值模拟部分,设计折叠翼展开机构的虚拟作用力学形式,采用头罩分离末秒的流场数据作为折叠翼展开数值模拟的初场,考察扭簧刚度对动态展开过程的影响,总结弹簧力、气动力、重力各分量的变化规律,分析非定常气动力形成的原因。同样采用折叠翼展开末秒流场作为头体分离的初场,模拟头体分离过程,讨论助推器在前体干扰流场下的分离轨迹和流场动态特性,并提出助推器和前体平稳安全分离的辅助措施。本文利用数值模拟方法研究头罩分离、折叠翼展开、头体分离三个紧密联系的分离运动过程,考察了运动部件在气动力、重力、分离力作用下的动态特性,研究了运动部件相对位置的变化带来的激波/激波干扰、激波/边界层、边界层分离等复杂动态流场,对比、分析、总结影响安全分离的关键因素并提出改进措施,能为飞行器的总体设计和分离系统设计提供科学的输入条件,具有较高的工程应用价值。