为了适应现代化战争的快速打击和战场生存能力的需求,军用飞机亟需更强的防护性、机动性和灵活性。这对装甲防护提出更高的轻量化要求,在保证装甲原有的防护性能基础上,减轻防护装甲的重量。在陶瓷复合装甲抗弹机理研究的基础上,提出异形陶瓷结构和整体包覆结构的方案。采用数值仿真和试验验证的方法对轻质陶瓷复合装甲进行分析和设计,目的是为了满足装甲轻量化的设计要求。本文为了满足抵御12.7mm穿甲燃烧弹的侵彻要求,设计了异形B4C陶瓷/超高分子聚乙烯/芳纶包覆三维立体结构。首先,介绍美军标准划分的防弹等级和轻质装甲防护的评价方法,接着对比了常用的抗弹陶瓷和纤维的力学性能和抗弹机理,从而选定了设计轻质陶瓷纤维防弹装甲的材料,推导了复合材料单胞与复合整体弹性常数之间的关系,并提出了一种计算单胞弹性常数的方法,通过数值仿真进行了验证。其次,分析了制式弹头在侵彻过程的效果,提出了异形陶瓷结构的方案。通过LS-DYNA对弹丸侵彻异形陶瓷/铝合金进行了数值模拟,仿真结果验证了异形结构能够提高陶瓷复合靶板的防护性能,并确定了试验陶瓷的结构尺寸。针对侵彻试验中陶瓷层与背板之间易出现开裂、分离等破坏现象,提出了纤维包覆结构,目的是为了提高背板的支撑刚度,和分担弹丸的冲击载荷。最后,基于异形陶瓷结构和包覆结构,设计了复合异形陶瓷包覆结构侵彻试验。试验表明:纤维包覆结构能够减小层与层间开裂、分离的问题;碳纤维层合板比等面密度的铝合金或者钛合金/碳纤维层合板更适合作为复合装甲的背板材料;碳纤维层合板以剪切断裂和分层的形式破坏;在侵彻初期阶段异形陶瓷结构能加剧弹头的变形,减小制式弹侵彻能力。同时增大陶瓷耗能的区域,提高陶瓷结构的抗弹性能;弹着点靠近靶板边缘,防护性能下降。试验验证了异形陶瓷结构和包覆结构理论的正确性。根据异形陶瓷结构数值仿真的结果,提出了异形系数。