降落伞系统作为火星探测任务中最常见的空气动力学减速器,其在探测器再入、降落以及着陆过程中起到了至关重要的作用。在火星低密度环境和超音速流场中,柔性伞衣经常产生剧烈的振荡,在伞衣边缘出现褶皱、摆动以及翻转等不稳定现象,这大大影响了降落伞系统的气动减速性能。以前人们对超音速火星探测器-降落伞系统流场中非定常激波、湍流尾迹、旋涡等多物理相互作用过程以及柔性伞衣被动大变形、悬挂伞绳等与周围超音速流体耦合作用产生不稳定现象的影响机理缺乏了解。因此对超音速火星探测器-降落伞系统流固耦合作用进行研究极具挑战性,也是深空行星探测领域的迫切需求,具有重要的理论研究价值以及重大的工程应用意义。本文采用Berger-Oliger类型三维多层块结构自适应网格加密策略、混合形式的TCD（Tuned Center Difference）和WENO（Weighted Essentially Non-oscillatory）计算格式以及基于拉伸涡亚格子模型的大涡模拟方法来处理流场中的强激波以及湍流大尺度旋涡结构等;建立了质量-弹簧-阻尼模型结合Kirchhoff-Love薄壳理论模型的柔性伞衣求解器以及二维类似弹簧模型的悬挂伞绳求解器,并成功与开源程序VTF（Virtual Test Facility）非定常可压缩流体求解器耦合并实现了松耦合算法,模拟了超音速火星探测器-刚性盘-缝-带型降落伞系统以及探测器-柔性BoP（Break-out Patch）型降落伞系统的气动减速性能以及流场结构特性等。模拟结果表明:只有保证流场自适应加密网格的分辨率才能精确模拟超音速火星探测器-刚性盘-缝-带型降落伞系统的气动减速性能以及流场结构特性,验证了流场自适应加密网格分辨率对复杂流场数值模拟的重要性。为后续进一步研究超音速火星探测器-柔性降落伞系统的流固耦合作用奠定基础。研究发现探测器后端湍流尾迹是造成刚性盘-缝-带型降落伞系统流场不稳定现象的主要原因。探测器后端湍流尾迹与伞前弓形激波相互作用,导致伞衣内部形成低速回流区且流场极不稳定,周期性逆向运动溢出流体在伞衣边缘脱落形成旋涡结构进入到伞衣后端尾迹流场中,与流场湍流、超音速射流等多物理相互混合,造成了尾迹区流场高度紊乱且扰动增强,从而降低了降落伞系统气动减速性能。总结讨论了探测器的存在与否、探测器-降落伞系统拖尾比以及流体初始马赫数对柔性BoP型降落伞系统气动性能的影响。结果表明:在超音速流场中柔性伞衣都展现出明显的周期性“呼吸运动”现象;而探测器-降落伞系统拖尾比是柔性伞衣发生横向偏移的主要影响参量,并找到了降落伞系统相对较优的气动减速性能参数,即在流体初始马赫数为1.8且拖尾比为10.51时,探测器-柔性BoP型降落伞系统气动阻力系数明显增加且流场振荡扰动最小,气动减速性能最优。最后依据涡动力学分析,发现探测器后端湍流尾迹造成了柔性伞衣振荡不稳定现象。探测器后端尾迹区域内的涡结构丰富,其运动发展与伞前激波结构相互作用造成了伞衣内部流场扰动加剧,并使得柔性伞衣产生周期性“呼吸运动”现象,伞衣后端尾迹区域湍流以及分离流等多物理相互混合作用,使得流场涡结构分布饱满,从而影响了降落伞系统的气动减速性能。