在某类爆炸密封容器内开展的实验中,要求容器上多个辐射测试窗口能够可靠防护爆炸实验装置产生的大量高速小质量破片,而窗口封堵防护物质厚度及对辐射的衰减作用对测量数据精度影响很大。采用二级轻气炮加载技术进行超高速弹丸侵彻与测试窗口材料及结构一致的防护结构靶,可模拟爆炸破片对测试窗口的侵彻破坏,探求保证实验安全的最优化窗口结构,为容器窗口设计积累实验数据。这对促进和提高实验安全总体技术和容器设计技术的研究水平具有重要的意义。本文介绍了超高速碰撞的相关理论和防护结构的原理,参考一种用于空间碎片防护的基本构形—有间隙的双层板结构,提出复合防护结构厚度方向分三部分来组合的设计原则,即靶板前部使用抗压缩材料,中间靶使用高强度材料,后部采用高断裂伸长材料,设计了适用于中子和伽玛射线测量窗口的防护结构靶。利用二级轻气炮发射1~20克钢质弹丸以1000~4000m/s的速度碰撞多种组合形式的防护靶,分析了靶板间隙对实验靶板破坏情况影响,得到了符合测试要求和实验安全的窗口防护结构。本文应用SPH算法对每一发实验可能的结果进行了数值计算,其数据与实验结果对比表明两者吻合良好。数值分析方法的较高置信度为制定合理有效的实验方案提供了支持,有效降低了实验成本,并对超出现有轻气炮发射能力的大质量、高速度弹丸侵彻靶板问题提供了一种研究途径,数值模拟结果进一步证实了由实验确定的防护结构的抗侵彻性能完全满足使用要求。本文实验和数值模拟研究结果对防护结构在爆炸容器测试窗口上的应用具有重要意义。