活性复合结构侵彻体设计的核心创新在于，通过兼备良好机械力学性能和化学能的活性毁伤材料芯体，全部或部分替代惰性复合结构侵彻体中惰性芯体。高速碰撞目标过程中，不仅可依靠动能实现对目标的有效侵彻，还可依靠碰撞过程中产生的强冲击载荷，激活活性毁伤材料芯体并发生剧烈爆燃反应，释放大量化学能，从而在“动能侵彻”和“内爆效应”双重毁伤机理的联合作用下，实现对目标的高效毁伤，典型作用机理如图2.25所示。

图2.25　活性复合结构侵彻体作用目标机理

在动力学响应方面，显著不同于惰性复合结构侵彻体，活性复合结构侵彻体在碰撞目标过程中，激活活性毁伤材料芯体并发生化学反应，释放额外能量及反应产物，使壳体在冲击压缩膨胀和爆燃压力的联合作用下，产生更显著的径向膨胀效应。分析中，首先针对活性复合结构侵彻体碰撞靶板时活性芯体激活响应问题，建立理论模型，计算活性芯体激活长度。

基于Ranking-Hugoniot关系，活性芯体/靶板作用面的质量守恒、动量守恒、能量守恒关系可表达为

式中，ρ为密度；U为冲击波波速；u为粒子速度；P为压力；e为比内能。下标0和1分别代表未冲击区域和已冲击区域材料状态。

活性芯体和靶板的U-u线性关系可分别表述为

式中，c和s分别为材料声速和常数；下标f和t分别代表活性芯体和靶板。

活性芯体/靶板接触面的粒子速度和压力相容关系为

式中，v0为碰撞速度。

将式（2.34）或式（2.35）代入式（2.33），可得

则活性材料与靶板中形成的冲击波压力可分别表述为

将式（2.39）和式（2.40）代入式（2.37），得

式（2.41）是关于ut的二次方程，得到靶板中粒子速度为

式中

仅当0＜ut≤vi时，式（2.42）才有意义。(www.daowen.com)

将ut代入式（2.35），得

将ut和Ut代入式（2.33），得到冲击波波后靶板材料密度为

结合式（2.36），得

将uf代入式（2.34），得

从而得到冲击波后活性材料密度为

通过上述计算，可获得ρf、Pf、Uf、uf与ρt、Pt、Ut、ut等冲击波后活性芯体和靶板材料状态参数。

活性材料临界激活反应压力为Pc，碰撞压力大于该临界值时，活性材料芯体即碎裂为尺寸足够小的碎片，且在碰撞过程中激活起爆。碰撞作用下，冲击波在活性芯体中以指数规律衰减，并在距离碰撞点位置x1处衰减至Pc，冲击波传播距离可表述为

式中，α为与材料特性相关的常数。弹靶碰撞产生的冲击波会快速传至靶板背部自由面，并反射回一个拉伸波，该拉伸波同时将传入活性芯体对芯体内冲击波追赶卸载，导致芯体内压力释放，而剩余活性芯体无法激活。

针对活性芯体内轴向稀疏波对冲击波的追赶卸载，定义芯体内冲击波扫过未压缩活性芯体经历的时间为Tf0，该时间与冲击波扫过未压缩靶板材料到达靶板背面的时间Tt0相等。靶背稀疏波扫过已压缩靶板材料到达弹靶接触面的时间为Tt，靶背稀疏波扫过已压缩的活性芯体的时间为Tf。Tf0表述为

式中

因此，对于给定的靶板厚度h，反射稀疏波在距离碰撞位置x2处追赶卸载芯体内冲击波，该位置可表示为

式中，C为稀疏波波速，通过式（2.55）给出：

考虑到冲击波衰减效应［式（2.48）］和稀疏波卸载效应［式（2.54）］，激活的活性芯体长度为，活性芯体内不同位置x0处压力为