DE3144532A1

DE3144532A1 - Fluegelstabilisiertes geschoss

Info

Publication number: DE3144532A1
Application number: DE19813144532
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Moll
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1983-05-19
Also published as: EP0078893B1; EP0078893A2; DE3276082D1; EP0078893A3; US4541592A

Description

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RHEINMETALL GMBH Düsseldorf,"den 27.10?1981

We/Zi

Akte R 780

"Flügelstabilisiertes Geschoß"

Die Erfindung betrifft ein flügelstabilisiertes Geschoß nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Geschosse bekannt, (DE-OS 28 15 087) bei denen mit einer mechanischen Strahlablenkung seitliche Steuerimpulse eines gleichmäßig abströmenden Generatorgases erzeugt werden. Zu diesem Zweck steuert eine Verteilervorrichtung, bestehend aus einer senkrecht zur Geschoßachse schwenkbaren näherungsweise dreieckförmigen Zunge den sich aufteilenden Gasstrom in zwei Austrittsöffnungen. In einer weiteren Ausführungsvariante wird der Gasstrom über vier quadratische sich erweiternde Austrittsöffnungen einer um ein feststehendes Kugelgelenk schwenkbare pyramidenstumpfförmige Verteilerzunge durch Schwenken der Zunge in alle entgegengesetzt der zu korrigierenden Flugbahn liegenden Kanäle abgeführt. Der Nachteil derartiger Lenkvorrichtungen liegt neben dem großen Bau- und insbesondere Gewichtsaufwand für die mechanische Betätigung vor allem darin begründet, daß zur Steuerung des Geschosses eine dauernde oszilierende Nachregelung erfolgt, wodurch, bei gleichzeitigem Ausströmen des Gases durch mehrere Austrittsdüsen, nur ein Teil der Energie als Steuerimpuls wirksam werden kann. Ein weiterer Nachteil dieser Lenkvorrichtung ergibt sich aus der Anordnung vieler, leicht beweglicher, hintereinander angeordneter, aufwendiger Elemente mit hohem Platzbedarf dadurch, daß diese Elemente äußerst störanfällig, insbesondere auf die beim Abschußvorgang auf sie einwirkenden sehr hohen Massenträgheitskräfte, reagieren.

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Obwohl intermittierend zündende, senkrecht zur Flugrichtung einen Schub erzeugende, Lenktriebwerke, beispielsweise bei der Rakentenlenkung oder zur Lagestabilisierung, Bahnänderungen und Korrektur von Satelitten bereits Verwendung finden, sind sie zum Lenken eines aus Rohrwaffen abgefeuerten Geschosses aus Raum- und Gewichtsgründen ungeeignet, zumal sich aufgrund der hohen Anfangsbeschleunigung beim Abschuß aus einem Waffenrohr ohnehin Probleme aus der dabei entstehenden hohen Belastung ergeben wurden.

10'Aufgabe der Erfindung ist es, . bei einem Geschoß der eingangs angegebenen Art,die Querschubsteuerung so auszubilden, daß die Abgabe von Schubimpulsen aus Steuerdüsen gezielt, unabhängig voneinander und oszillationsfrei unter gleichzeitiger Vermeidung eines Überdruckes im Antriebssystem der Querschubsteuerung erfolgen kann. Dabei soll gleichzeitig eine raum- und gewichtsparende, jedoch robuste Bauweise, die den hohen Belastungen beim Abschuß aus einem Waffenrohr stand hält, erzielt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Erfindung.

Die Erfindung ermöglicht in der Flugendphase, bei konstanter Abführung des zum Steuern verwendeten Generatorgases, vorteil- hafterweise eine voneinander unabhängige einzelne Ansteuerung der taktweise nacheinander erfolgenden Steuerimpulse, die zur Verfügung stehende Schubmenge zur Steuerung verwandt werden kann, und Magnetventile kurzzeitig den Steuerbefehl zur Weitergabe an die koaxial liegenden Schließorgane umformen, jedoch bei geschlossenen koaxialliegenden Schließorganen eine direkte Umsteuerung des Generatorgases auf ein zentral angeordnetes Schließorgan automatisch erfolgt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Gemäß einer Besonderheit der Erfindung sind die axial und koaxial angeordneten Schließorgane derartig axialbeweglich ange-

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ordnet, daß ihre beim Abschuß aus einem Waffenrohr entstehenden Massenträgheitskräfte von den in Flugrichtung angeordneten Sitzflächen der Zylindereinsätze ohne Beeinträchtigung aufgenommen werden können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein koaxial angeordnetes Schließorgan von einem kurzzeitig reagierenden durch einen Elektromagneten betätigtes Wegeventil mittels Kaltluft geschlossen, wodurch über den Kaltlufttransport und der dadurch erzielten Wärmeabfuhr die Standfestigkeit des Diehtelementes am Mantel des Schließorganes vergrößert wird.

Des weiteren ist bei geschlossenem Schließorgan der Steuerdüse eine direkte Aufsteuerung des zentralliegenden Schließorgans vorgesehen, wodurch es ermöglicht wird, daß der Impuls aus dem abströmenden Generatorgas niomentenfrei abgegeben werden kann. Bei dieser Anordnungsweise wird durch die in abgewandter Flugrichtung stirnseitig angeordneten Anschlüsse der Generatorgaszu- und Generatorgasbführleitung eine widerstansfähige, raum- und gewichtssparende Bauart erzielt, die sehr beschleunigungsfest ist,

Entsprechend einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist es bei kleinen Geschoßdurchmessern oder aus Gründen besonders hoher Fluggeschwindigkeit oder kurzer Flugdauer vorteil-■ haft, daß bei rollenden flügelstabilisierten Geschossen nur eine Schubdüse und ein koaxial angeordnetes Schließorgan für die Flugkorrektur eingesetzt wird, während bei lagestabilisierten Geschossen, je nach den durch die Baugröße bestimmten räumlichen Möglichkeiten und. durch den Aufwand begrenzt, Schubdüsen mit jeweils koaxial angeordneten

Schließorganen in unterschiedlicher Anzahl angeordnet werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der, in den Zeichnungen unter weitgehendem Verzicht auf erfindungsunwesent-■ liehe Einzelheiten dargestellten bevorzugten Ausführungbeispiele, des näheren erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht eines flügelstabilisierten Geschosses, wobei die Querschubsteuerung nach der Erfindung im Schnitt dargestellt ist,

Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Querschubsteuerung mit einer Steuerdüse,

Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Fläche 3 - 3 in Figur 4 einer Querschubsteuerung mit vier koaxial angeordneten Steuer-Organen, die druckluftbeaufschlagt geschlos--

sen sind,

Figur .4 die Anordnung der Generatorgasein- und Austrittsöffnungen, sowie die Anordnung der Steuerdüsen in der Querschubsteuerung, gesehen in Richtung A der Figur 3,

Figur 5 die Anordnung der elektromagnetisch gesteuerten Wegeventile in der Querschubsteuerung, gesehen in Richtung B der Figur 3,

Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Quer-^λ '. schubsteuerung mit 4 koaxial angeordneten Steu

erorganen, die jedoch abweichend von Figur 3 direkt über Stößel elektromagnetisch gesteuert werden.

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In Figur 1 weist ein flügelstabilisiertes Geschoß 40 eine Querschubsteuerung mit einem Steuerblock 1 auf. Durch die im Steuerblock 1 befindlichen Schließorgane 2 ist das Geschoß in der Lage einen vom Gasgenerator 42 erzeugten Gasstrom derartig über Steuerdüsen 8 aus dem Geschoß austreten zu lassen, daß mit dem Schubimpuls F ein von dem in der Geschoßspitze 41 befindlichem Suchkopf ausgehender richtungsweisender elektrischer Steuerbefehl sich flugkorrigierend auswirkt. Zur Umformung des Steuersignals sind Signalumformer 6 vorgesehen, die das Steuersignal in Eingang 25 aufnehmen und die Entsperrung des Schließorgans 2 ermöglichen. Der Steuerblock 1 ist derartig im Geschoß 40 angeordnet, daß die Richtung 43 des Gasstromes in das geöffnete Schließorgan 2 in Flugrichtung 39 erfolgt, nachdem der anstehende Druck des Generatorgases das entlastete Schließorgan 2 axial in Flugrichtung geöffnet und die Strömungsenergie fixiert hat.

Figur 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung den Steuerblock 1 mit nur einem auf einem zur Geschoßlängsachse koaxial liegenden Kreis (Fig. 4, Position 48) angeordneten Schließorgan 2 in geöffneter Position 9. In Position 9 besteht Verbindung zwischen der Generatorgaszuführleitung 7 der Steuerdüse 8 und über die Steuerleitung 10 auch mit dem Hubraum 15, des axial angeordneten Schließorganes 11. Das Schließorgan stellt dabei einen Differentialkolben dar, der auf seiner Stirnseite 3 über eine Steuerleitung 4 von einem Signalumformer 6 mit vorteilhaft als Druckmittel 51 und Kühlmittel einsetzbarer Kaltluft beaufschlagbar ist. Sein der Generatorgaszuführleitung 7 zugewandtes axiales Ende ist als Dichtfläche 16 der Sitzfläche 18 des Zylindereinsatzes 20 angepaßt und befindet sich in geöffneter Position 9 mit dem Mantel seiner kleinen Differentialfläche in der Führung 45 des Zylindereinsatzes. Die radial zum Außenmantel des Steuerblocks 1 weisende Steuerdüse 8 weist mit der Generatorgaszuführleitung 7 und 13, sowie der Generatorgasablaßleitung derartige groß dimensionierte Kreisquerschnitte auf, daß ein konstanter Druck im Gasgenerator 42 gewährleistet bleibt. Der Druck.der aus-

strömenden Generatorgase ist so bemessen, daß über die Steuerleitung die Fläche 12,während der Steuerimpulsabgabe,druckbeaufschlagt wird und das zentral angeordnete Schließorgan sich in Sperrstellung befindet. Bei geschlossenem Schließorgan 2 ist über eine Drosselöffnung 24 eine Druckentlastung und Austausch des Hubraumes 15 durch momentenfreies Ausströmen über Leitungen 36 möglich, wobei eine Verbindung dieser Leitungen 36 über die Schließorgane 2 zur Außenseite des· Steuerblocks 1 besteht, und über die .gleichen Leitungen 36 auch beim Schließvorgang des durch den Kolbenansatz 27 gebildeten Hubvolumens ableitbar ist.

Durch die Öffnung des Schließorganes 11 wird" ein gleichmäßiges Abströmen der Generatorgase über die Abführleitung 14 ermöglicht. Diese Anordnung gestattet es, den Gasstromimpuls momentenfrei abzuführen. Zur Abdichtung gegenüber dem heißen Generatorgas sind Dichtungen 35, 37 vorgesehen deren Schleppvolumen durch die Leitungen 38 drucklos abführbar ist.

Schließorgan 11 weist auch die Form eines Differentialzylinders auf, wobei in geschlossener Stellung, die vom Generatorgas auf die druckbeaufschlagte Stirnfläche innerhalb der Dichtfläche 17 übertragene Kraft nicht in der Lage ist, das Schließorgan gegen die Kraft der druckbeaufschlagten Fläche 12 zu öffnen,

Bei nur einem Schließorgan 2 sind im Steuerblock 1 entsprechend Figur 2 auch nur eine Zufuhrleitung 30 und eine Auslaßleitung 31 für die Druckmittelsteuerung vorgesehen. Als Massenausgleich ist der auf der entgegengesetzt des Schließkörpers 2 radial liegenden Seite befindliche Raum des Steuerblocks 1 für weitere Steuermittel des Geschosses verwendbar.

In Figur 3 ist ein Steuerblock 1 mit einer Mehrfachanordnung koaxial angeordneter Schließorgane 2 dargestellt. Jedem Schließorgan 2 sind elektromagnetisch gesteuerte Wegeventile 61 zugeordnet, die in geöffneter Stellung 46 den Durchgang der als Druckmittel 51 eingesetzten Kalt-

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luft von der Zuführleitung 30 über die Steuerleitung 4 zur Druckbeaufschlagung der Fläche 3 des Schließorganes 2 ermöglichen, um die Sperrstellung der Schließorgane 2 herzustellen. Durch diese Sperrstellung der Schließorgane 2 ist die Generatorgasbeaufschlagung über die Steuerleitung 10 auf die Fläche 12 des zentral angeordneten Schließorganes unterbunden, so daß ein Druckabbau über die Drosselöffnung und Leitung 36 erfolgen kann, wodurch das Schließorgan 11 durch den anstehenden Generatorgasdruck in der Zuführleitung 13 geöffnet wird und das Generatorgas, unter Vermeidung eines unzulässigen Überdruckes, über die Abführleitung 14 abgeführt wird. Damit dieses Schließorgan 11 bei Abgabe eines Steuerimpulses, einer beliebigen Steuerdüse 3, die Gasabfuhr unterbricht, besteht von jedem geöffneten Schließorgan 2 über Steuerleitung 10 eine Verbindung zur Fläche 12, durch deren Druckbeaufschlagung der axiale Schließvorgang des Schließorganes 11 erfolgt.

Dadurch wird gewährleistet, daß nacheinander jedes koaxial angeordnete Schließorgan 2 zur Abgabe radial zur Steuerblockachse 33 gerichteter geschoßbahnkorrigierender Steuerimpulse, angeregt durch elektromagnetische Signalumformung, die im Bereich von Millisekunden erfolgt, in der La.ge ist.

Vorteilhaft zeichnet sich diese Steuerung bei einem Defekt oder Stromausfall dadurch aus, daß das Geschoß ohne Flugkorrektur weiterfliegt, weil die Druckluftbeaufschlagung auf die Fläche 3 der Schließorgane 2 bei geöffneten Wegeventilen Ql₁ erhalten bleibt und das Generatorgas über das zentrale Schließorgan abströmen kann.

Figur 4 zeigt beispielsweise die Anordnung von 4 auf einem koaxial liegenden Kreis 48 angeordneten Schließorganen 2 mit Steuerdüsen 8, Generatorgaszuführleitung 7 und axial angeordnetem Schließorgan 11 mit Generatorgaszuführleitung 13 und Abführleitung 14, sowie den Verlauf der Steuereitung im Steuerblock 1.

Figur 5 zeigt die Anordnung beispielsweise von vier Signalumforraern 6, wobei die zu den Wegeventilen 61 gehende Druckluftzuführleitung 30 und die Druckluftauslaßleitung 31 im Steuerblock 1 dargestellt sind.

In einer weiteren Ausführungsvariante zeigt Figur 6, im Gegensatz zur Figur 3, eine elektromagnetisch über Stößel 52 direkt betätigte Aufsteuerung der Schließorgane 2 in Mehrfachanordnung. Diese Ausführung zeichnet sich durch einen sehr geringen Raumbedarf aus, wobei die gleiche Anordnung der Schließorgane 2,11 wie in den Figuren 2,3 zugrunde gelegt wird. Das Schließorgan ist auch als Zylinder ohne Zylinde'ransatz 20 ausführbar, jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt. Das von der Fläche 3 während des Hubes des Schließorganes 2 bewegte Luftvolumen wird durch die Leitung 47 angesaugt und ausgestoßen.

In der Beschreibung der Querschubsteuerung wird vorteilhaft verdeutlicht, daß im Gegensatz zu oszillierenden Steuerungen, unter Vermeidung von Verlusten durch Nebenströme, durch den vollen Hub der koaxial angeordneten Schließorgane gleich starke Steuerimpulse entstehen, wie sie zur Flugkorrektur von flügelstabilisxerten Geschosse, benötigt werden, ■ . ·.

Ferner verdeutlicht die Beschreibung, daß die in den Kennzeichen der dem Anspruch 1 folgenden Ansprüchen angegebenen Lehren mit einfachen Mitteln zu realisieren sind, wobei sich die jeweilige Steuerungsart - elektromagnetisch pneumatisch oder elektromagnetisch mechanisch unkompliziert, störungsunanfällig und in der Praxis als widerstandsfähig erweist.

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EHEINMETALL GMBH Düsseldorf, den 27.10.1981

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Akte R 780

Bezugszeichenliste

1 Steuerblock 18 Sitzfläche

2 Schließorgan 19 Sitzfläche

3 Fläche 20 Zylindereinsatz

4 Steuerleitung 21 Mantel

22 Dichtung

51 Druckmittel 23 reduzierter Durchmesser-

52 Stößel verlauf

6 Signalumformer 24 Drosselöffnung

61 Wegeventil . 25 Eingang

62 Schaltorgan 26 Zylindereinsatz

7 Generatorgaszuführleitung 27 Kolbenansatz

8 Steuerdüse 28 Mantel'

9 Position 29 Fläche

10 Steuerleitung 30 Zuführleitung

11 Schließorgan 31 Auslaßleitung

12 Fläche 32 Steuei-blockmantel

13 Generatorgaszuführleitung 33 Steuerblockachse

14 Generatorgasabführleitung 34 Kolbenansatz

15 Hubraum 35 Dichtung

16 Dichtfläche 36 Leitung

17 Dichtfläche 37 Dichtung

38 Leitung

39 Flugrichtung

40 Geschoß

41 Geschoßspitze

42 Gasgenerator

43 Richtung des Gasstromes

45 Führung

46 geöffnete Stellung

47 Leitung

F Schubimpuls

48 Kreis

Claims

RHEINMETALL GMBH Düsseldorf, den-27.10.1981

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Akte R 780

Patentansprüche

Flügelstabilisiertes Geschoß mit einem autonomen Lenksystem, mit einer Querschubsteuerung, die einen Gasgenerator und senkrecht zur Flugrichtung Schub erzeugende Düsen umfaßt, gekennzeichnet durch fol~ gende Merkmale:

a) es ist ein Steuerblock (1) vorgesehen, in dem mindestens ein axial bewegliches Schließorgan (2) auf einem zur Geschoßlängsachse koaxial liegenden Kreis (48) angeordnet und über einen Signalträger ' mit einem Signalumformer (6) sowie über eine Steuerleitung(10) mit einem zentral angeordneten Schließorgan (11) verbunden . ist;

b) das vom Lenksystem abgegebene Steuersignal ist auch bei Mehrfachanordnung der Schließorgane (2) jeweils nur ei-

15" nem Eingang (25) eines Signalumformers (6) eingebbar,

c) die Öffnung der· Generatorgaszuführleitung (7) zur Steuerdüse (8) ist vom Schließorgan (2) herstellbar und

schließbar,

d) in geöffneter Position (9) des Schließorganes (2) ist durch das Generatorgas das Schließorgan (11) auf seiner Fläche (12) druckbeaufschlagbar und axial verschiebbar,

e) die zentrale Generatorgaszuführleitung (13) ist durch den axialen Verschub des Schließorganes (11) von der Generatorgasabführleitung (14).absperrbar und

f) in geschlossener Position des Schließorganes (2) ist über eine Drosselöffnung (24) der Hubraum (15) druckentlastbar, das Schließorgan (11) unter dem anstehenden Druck in der Generatorgaszufuhrleitung (13) axial entsperrbar und das Generatorgas über Generatorgasabführleitung (14) abführbar.
2. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß das Schließorgan (2,11) als Differentialkolben mit einem an die Fläche (3,12) angrenzenden Mantel (21,28) als Führungsfläche eines schulterartigen Kolbenansatzes (27,34) und mit einer am Ende des im Durchmesser reduzierten Bereiches .angeordneten Dichtfläche (16,17) ausgebildet ist, wobei im Mantel (21) eine Dichtung (22) eingelagert ist und der Kolbenansatz (34) eine als Drossel wirkende Verbindung der Flächen(12) und (29) enthält.
3. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche (18,19) eines Zylindereinsatzes (20,26) axial in Flugrichtung (39) angeordnet ist, so daß von der Dichtfläche (16,17) Massenträgheitskräfte des Schließorganes (2,11) während der hohen Startbeschleunxgung aufnehmbar sind.
4. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche (3) des Schließorganes (2) von einem zugehörigen Signalumformer (6) durch ein den Signalträger bildendes Druckmittel (51) druckbeaufschlag- und druckentlastbar ist.

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5. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Druckmittel (51) Kaltluft ist.
6. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ,, daß das Schließorgan (2) von einem zugehörigen Signalumformer (6) durch einen den Signalträger bildenden Stößel (52) druckbeaufsehlag- und druckentlastbar ist.
7„ Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumformer (6) ein durch Elektromagneten betätigtes mit Rückholfeder ausgerüstetes Wegeventil (61) ist, wobei ohne elektrisches Steuersignal die Verbindung zwischen Zuführleitung (30) und Schließorgan (2) geöffnet und bei abgegebenem Steuersignal geschlossen ist und bei abgegebenem Steuersignal die Verbindung zwischen Schließorgan (2) und Auslaßleitung (31) geöffnet ist.
8. Geschoß nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Signalumformer (6) ein durch' Elektromagneten betätigtes mit Rückholfeder ausgerüstetes Schaltorgan (62) ist, wobei ohne elektrischen Steuerimpuls das Schließorgan (2) durch einen direkt gesteuerten Stößel (52) geschlossen und bei abgegebenem Steuersignal geöffnet ist.
9, Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt der Steuerdüse (8), der Generatorgaszuführleitung (7,13) und Generatorgasabführleitung (14) kreisförmig ausgeführt ist, wobei die Durchmesser so abgestimmt sind, daß der Druck im Gasgenerator konstant ist.
10«, Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerdüse (8), ausgehend von der koaxialliegenden geöffneten Generatorgaszuführleitung (7) radial zur Steuerblockachse (33) bis

zum Mantel (32) des Steuerblocks (1) nach außen verlaufend, angeordnet ist.
11. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, .dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerdüsen (8) bei Mehrfachanordnung auf einer senkrecht zur Steuerblockachse (33) stehenden Ebene angeordnet sind.
12. Geschoß.nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Hubvolumen, gebildet von der Differentialfläche des Kolbenansatzes (27,34) während des Hubes des Schließorganes (2,11) in dem Zylindereinsatz (20,26) über die Leitung (36) drucklos zur Außenseite des Mantels (32) des Steuerblocks (1) abführbar ist.
13. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppvolumen, erzeugt durch die Durchlässigkeit der Dichtungen (35,37) über die Leitung (38) drucklos zur Außenseite des Mantels (32) des Steuerblocks (1) abführbar ist.
14. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der Generatorgaszuführleitung (7,13) und der Generatorgasabführleitung (14) in abgewandter Flugrichtung (39), stirnseitig im Steuerblock (1) angeordnet sind.