模型自由飞试验的模型与相应的真实飞行器必须保持相似关系，搭载有开展相关试验研究的传感器、测试仪器等，通过地面遥测、光测、雷达测量以及模型内搭载的测试设备或直接回收模型获取试验数据，再经过相应的数据处理，即可得到所要求的结果。

模型自由飞试验的种类主要有：模型带动力系统地面滑跑起飞、助推器发射起飞、运载器带飞投放等，即模型自由飞试验时，可由飞机带到空中，或用助推装置发射到空中，或借助模型上的动力起飞，进入预定的高度后便可开始进行飞行试验。模型自由飞试验的最大特点是在真实大气中飞行，因而具有如下优势：综合模拟试验能力强，可以模拟飞行器真实飞行，开展与飞行器气动特性相关的各种研究，且比真实的飞行试验简单、成本更低；没有乘员的安全问题，便于开展战斗机过失速机动、敏捷性、尾旋飞行器局部受损的生存能力以及单发停车等带有危险的科研项目研究，对飞行器复杂的先进操纵系统进行研究、鉴定，提供可靠的设计依据；也可进行飞行器零升阻力、新概念气动布局、过失速与尾旋试验、气动热/烧蚀试验等研究；试验速域范围宽广，可以一次飞行进行从低速到跨超声速乃至高超声速宽速域范围的试验；飞行试验因模型尺度较大，其试验雷诺数较常规风洞模型试验的雷诺数高，更接近真实飞行雷诺数；可以进行各种高度变化影响的试验；可以进行有风或不同粒子的大气条件下对飞行器影响的研究；模型自由飞的试验研究成本较真实飞行器飞行试验的成本低。

与地面模拟试验相比，模型自由飞试验没有风洞中的洞壁边界及支撑装置的约束干扰，其模型是在真实大气中飞行，模型大小不受空间的限制，能在模拟或接近飞行器的飞行环境、飞行姿态以及流场条件下进行试验。因此，利用模型自由飞试验解决在风洞试验中解决不了的问题或测不准的一些试验项目开展试验研究。利用模型自由飞试验开展这方面研究的项目有：动导数，再入飞行器端头烧蚀变化与烧蚀量、云粒子侵蚀特性以及尾流特性研究，再入武器突防装置、控制系统、战斗部引爆系统的功能研究，航弹或子母弹投放抛撒，飞行器局部受损生存能力与单发停车影响等。模型自由飞试验与风洞试验相比，确有一定的优势，但也存在明显的不足：测试与数据处理比较复杂；涉及的专业环节多，模型结构复杂；受大气条件影响，且重复性差；费用较高；难以进行单项参数变化的影响研究。