本发明涉及飞行器热管理技术领域，具体而言，涉及一种飞行器梯级喷雾冷却系统。系统包括供液装置与冷却装置的第一冷却组件、第二冷却组件依次连通。第二冷却组件的外壳单元中，进液口所在的一侧壁邻近出气口所在的一侧壁。冷却单元中，第一隔板的周侧与壳体远离进液口的周侧壁固定连接；换热芯体的一端与壳体固定连接，另一端与第一隔板固定连接；第二隔板与换热芯体一侧固定连接；第三隔板、第四隔板分别与换热芯体上相邻第二隔板的两侧固定连接。喷头、导流孔分别间隔设置在第一隔板上。发热单元与壳体的侧壁可拆卸连接。第三隔板、第四隔板的一端分别设置开口与第二通道连通。这样就解决了如何实现飞行器上冷却介质的高效利用的问题。