高马赫数与高动压下的级间分离问题是高超声速飞行器的关键技术之一，为保证高超声速条件下分离过程安全可靠地完成，需要掌握飞行器在高马赫数高动压情况下的分离过程数值仿真技术，以便准确分析气动特性，对分离过程进行精确预测。本文以高超声速飞行器级间分离问题为研究对象，采取CFD非定常数值模拟为主要研究手段，灵活使用两种当前研究多体相对运动的数值方法，即结构网格框架下嵌套网格技术，非结构笛卡尔网格技术，耦合欧拉方程以及6Dof运动方程进行求解。初步分析结构网格框架下嵌套网格技术计算结果的准确性，以及非结构笛卡尔网格技术耦合欧拉方程和6Dof运动方程计算的准确性和可行性。轴对称高超声速飞行器是当前高超声速飞行器研究领域气动构型相对简单、研制技术相对成熟、应用范围较广的一类飞行器。乘波构型高超声速飞行器是当今气动构型领域研究的重点。乘波构型前体本身流场复杂，级间段因有两体的气动干扰，流场环境复杂动荡。本文以这两种高超声速飞行器为原型进行重点分析和探究。分别建立高超声速飞行器的级间分离分析模型，包括二维仿HyFly模型，轴对称高超声速飞行器模型，前体乘波构型模型，以及栅格翼模型。在非定常的分离过程中，为考察两体之间的干扰特性，分离时飞行器的攻角、两体相对分离速度是需要重点考虑的因素，也是本文主要考虑的影响因素。其中，通过对二维仿HyFly模型分离过程的高精度非定常数值模拟，很大程度上揭示分离过程两体间相互干扰带来的非定常流场特性，具有重要意义。基于改善助推飞行阶段气动性能的思路，本文创新性地将栅格翼这一新型翼面应用到高超声速组合飞行器的助推级上来，并进行了多个飞行状态的定常气动特性研究，研究结果表明，栅格翼在高超声速飞行器领域具有广阔的应用前景。之后，本文对相应的三维分离模型进行了非定常研究，为该计算方法在高超声速飞行器多体分离过程中的应用打下了良好基础。