本发明公开了一种两级入轨飞行器水平级间分离风洞实验组合结构，包括助推级飞行器模型和轨道级飞行器模型，其特征在于，助推级飞行器模型的顶部设置有安装轨道级飞行器模型的水平导轨；助推级飞行器模型的尾部设置有杆式应变天平，且杆式应变天平的连接锥连接助推级飞行器模型；杆式应变天平通过应变支架安装有气缸组件，且气缸组件的活塞推杆接触连接轨道级飞行器模型。本发明中提供的两级飞行器水平分离方式可以有效避免常规垂直分离中激波干扰引起飞行器表面高压、高热流以及非定常载荷作用产生的稳定性问题，实现在常规高超声速风洞和脉冲激波风洞内进行两级入轨飞行器水平分离试验。