一种可实现分层展开的风力助推转子

1.本发明涉及的是一种船舶风帆，具体地说是船舶风帆的风力助推转子。


背景技术：

2.随着全球化石能源的日趋短缺以及国际上针对船舶的排放法规日益严格，船舶的节能减排技术逐渐被船东和船舶设计者所关注，其中就包括利用风能进行辅助推进。在船舶航行过程中，风能是最容易开发和利用的可再生能源，能够为船舶提供一定的推力，有效降低船舶能耗和排放，未来的船舶将越来越多地利用风帆助航的技术。
3.风力助推转子是一种节能效果良好、可行性高、并具有较强应用前景的风力助推装置，通常由转筒、驱动机构、传动系统和控制系统等子系统组成。其工作原理是马格努斯效应(magnus效应)，即横向来流在经过旋转的圆柱体时，由于粘性力的存在，使得圆柱体周围流体的速度场发生改变。根据伯努原理，速度场的改变会导致流场中压力场改变，速度大的一端压力减小，速度小的一端压力变大，从而形成压力差，在垂直于来流的方向上形成侧向力。根据风向调整转筒的旋转方向即可控制该侧向力的方向，其在船舶前进方向上的分力即为附加推力，从而达到助推效果。相比风筝、风帆等风力助推技术，风力助推转子对风速和风向的适应性强，体积相对较小，方便控制也更加安全，并且其在甲板上占地面积小，更加便于布置船舶甲板上的货物。
4.但是风力助推转子只能产生垂直于风向的侧向力，这使得当风向与船舶航行方向一致时，其无法形成附加推力(侧向力在船舶前进方向上的分力为零)。另一方面，只有当风力助推转子受到横风作用时，其产生的侧向力才与船舶前进方向一致。当风力助推转子受到斜风的作用时，其产生的侧向力与船舶前进方向存在一定的偏差，这会使得船舶在该侧向力的作用下偏离航线，虽然也能起到助推的作用，但是船舶航行的路程也会有所增加，增加的这部分路程也会使得船舶的能耗和排放相应增加，使得风力助推转子的节能减排效果减弱。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供能解决传统风力助推转子受风向限制的问题以及消除或减小传统风力助推转子所引起的船舶偏航等问题的一种可实现分层展开的风力助推转子。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.本发明一种可实现分层展开的风力助推转子，其特征是：包括船体、第一层转筒机构、第二层转筒机构、第三层转筒机构、转筒展开控制机构，所述第一层转筒机构包括第一层转筒、第一层转筒旋转轴，所述第二层转筒机构包括第二层转筒、第二层转筒旋转轴，所述第三层转筒机构包括第三层转筒，第三层转筒套于第二层转筒旋转轴外部，第二层转筒旋转轴套于第一层转筒旋转轴外部，第一层转筒位于第二层转筒上方，第二层转筒位于第三层转筒上方，所述转筒展开控制机构包括第一转筒展开控制机构和第二转筒展开控制机构，第一层转筒通过第一转筒展开控制机构连接第一层转筒旋转轴，第二层转筒通过第二
转筒展开控制机构连接第二层转筒旋转轴；第三层转筒、第一层转筒旋转轴、第二层转筒旋转轴的下部位于船体之下。
8.本发明还可以包括：
9.1、第三层转筒的顶部设置第三层转筒顶部摩擦传动盘，第二层转筒的顶部和底部分别设置第二层转筒顶部摩擦盘和第二层转筒底部摩擦盘，第一层转筒的底部设置第一层转筒底部摩擦盘，第三层转筒顶部摩擦传动盘与第二层转筒底部摩擦盘组成摩擦传动机构，第二层转筒顶部摩擦盘与第一层转筒底部摩擦盘组成摩擦传动机构。
10.2、所述风力助推转子旋转机构包括风力助推转子旋转电机、风力助推转子传动齿轮、第三层转筒旋转齿轮，风力助推转子传动齿轮固定于风力助推转子旋转电机的输出轴上，第三层转筒旋转齿轮固定于第三层转筒的底部并与风力助推转子传动齿轮相互啮合组成齿轮传动机构。
11.3、所述转筒朝向调节机构包括第一层转筒朝向调节电机、第二层转筒朝向调节电机、第一层转筒朝向调节齿轮、第二层转筒朝向调节齿轮、第一层转筒朝向一级传动齿轮、第一层转筒朝向二级传动齿轮、第二层转筒朝向传动齿轮；第一层转筒朝向调节齿轮布置于第一层转筒旋转轴上；第二层转筒朝向调节齿轮布置于第二层转筒旋转轴上；第一层转筒朝向一级传动齿轮和第一层转筒朝向二级传动齿轮布置于第一层转筒朝向调节电机的输出轴上；第二层转筒朝向传动齿轮布置于第二层转筒朝向调节电机的输出轴上；当第一层转筒旋转轴移动到一级预定位置时，第一层转筒朝向调节齿轮和第一层转筒朝向一级传动齿轮相互啮合形成齿轮传动机构；当第一层转筒旋转轴移动到二级预定位置时，第一层转筒朝向调节齿轮和第一层转筒朝向二级传动齿轮相互啮合形成齿轮传动机构；当第二层转筒旋转轴移动到预定位置时，第二层转筒朝向调节齿轮和第二层转筒朝向传动齿轮相互啮合形成齿轮传动机构。
12.4、所述转筒液压升降控制系统包括油箱、液压油换向装置、第一层转筒液压底座、第二层转筒液压底座，液压油换向装置上行到上止点时，油箱通过高压油泵经液压油换向装置连接液压油管，液压油换向装置下行到下止点时，油箱通过回油管经液压油换向装置连接液压油管，第一层转筒液压底座套于第一层转筒旋转轴底部，第二层转筒液压底座套于第二层转筒旋转轴底部，液压油管支出第一层油管和第二层油管，第一层油管连通第一层转筒液压底座，第二层油管连通第二层转筒液压底座，第一层油管里设置第一层转筒升降控制电磁阀，第二层油管里设置第二层转筒升降控制电磁阀，第一层转筒朝向调节电机的输出轴上固定第一层转筒对正发射器，第一层转筒旋转轴上固定第一层转筒对正接收器，随旋转轴一起转动；第二层转筒朝向调节电机的输出轴上固定第二层转筒对正发射器，第二层转筒旋转轴上固定第二层转筒对正接收器。
13.5、所述第一转筒展开控制机构包括转筒展开控制电机、左侧筒叶旋转轴、右侧筒叶旋转轴，转筒展开控制电机的输出轴上安装转筒展开控制齿轮，转筒展开控制电机下方安装左支架和右支架，左支架上安装左侧中间传动齿轮，右支架上安装右侧中间传动齿轮，左侧中间传动齿轮与右侧中间传动齿轮啮合，第一层转筒包括可打开180度的左侧转筒和右侧转筒，左侧筒叶旋转轴安装在左侧转筒上，右侧筒叶旋转轴安装在右侧转筒上，左侧筒叶旋转轴上分别安装左上转筒展开传动齿轮和左下转筒展开传动齿轮，右侧筒叶旋转轴上安装右下转筒展开传动齿轮，左上转筒展开传动齿轮与转筒开展控制齿轮啮合，左下转筒
展开传动齿轮与左侧中间传动齿轮啮合，右下转筒展开传动齿轮与右侧中间传动齿轮啮合。
14.6、所述第二转筒展开控制机构与第一转筒展开控制机构的结构相同。
15.本发明的优势在于：在船舶航行过程中，当风向与船舶前进方向一致时，现有风力助推转子无法形成附加推力(侧向力在船舶前进方向上的分力为零)。而本发明所述的可实现分层展开的风力助推转子可将其上部两层转筒全部展开，并通过转筒朝向调节机构使展开后的转筒正对风向，以获得最大的迎风面积，当做风帆使用，能够为船舶前进提供附加推力。而第三层转筒此时不旋转，以免发生偏航。
16.当风从船尾吹向船首且与船舶前进方向存在夹角时，现有风力助推转子所产生的侧向力与船舶前进方向存在一定的偏差，虽然能起到助推作用，但也会使船舶在该侧向力的作用下偏离航线。而本发明所述的可实现分层展开的风力助推转子可根据风速大小选择上部转筒的展开角度与展开层数，并通过调节使展开后的转筒正对风向，作为风帆。未展开的转筒则进行旋转，作为风力助推转子。通过两者配合，力求使得风帆所提供的力与风力助推转子所提供的侧向力两者在垂直于船舶前进方向上的分力相等，以消除或减小船舶的偏航。而两者在船舶前进方向上的分力则共同为船舶提供附加推力。
17.当风向与船舶前进方向垂直时，本发明所述的可实现分层展开的风力助推转子上部两层转筒均不展开，与第三层转筒一起旋转，为船舶提供前进方向上的助推力。此时与现有风力助推转子的作用相同。
18.此外，本发明所述的可实现分层展开的风力助推转子中，能够展开的转筒均位于风力助推转子的上部，不会影响船舶甲板上货物的布置，相比于传统风帆，仍具有占地面积小，便于布置的优势。
19.综上所述，本发明不仅提高了风力助推转子对于不同风向的适用性，消除了传统风力助推转子对船舶产生的偏航影响，改善了现有风力助推转子存在的不足，同时还保留了其原有的功能和优势。
附图说明
20.图1为本发明转筒未展开时的整体示意图；
21.图2为第一层转筒和第二层转筒全部展开时的整体示意图；
22.图3为第一层转筒和第二层转筒全部展开时的左视剖面图；
23.图4为转筒未展开时的局部剖视图；
24.图5为第一层转筒和第二层转筒全部展开时的局部剖视图；
25.图6为转筒展开控制机构示意图；
26.图7为风向与船舶航向一致时本发明工作情况和受力示意图；
27.图8为风向与船舶航向存在一定角度时本发明工作情况和受力示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
29.结合图1-8，本发明风力助推转子的转筒共分为三层，其中第一层转筒1和第二层转筒4可根据船舶航行时的风向进行展开和闭合操作，展开后的转筒可作为风帆使用，而闭
合时的转筒则作为风力助推转子使用。第三层转筒7不进行展开，一直作为风力助推转子使用。该风力助推转子的控制机构具体包括由风力助推转子旋转电机28、风力助推转子传动齿轮29、第三层转筒旋转齿轮26所组成的风力助推转子旋转机构；由液压油换向装置11、油箱12、回油管13、液压油管15、高压油泵14、电磁阀35/36、转筒对正装置31/32/33/34组成的转筒液压升降控制系统；由转筒展开控制电机38、转筒展开控制齿轮37、转筒展开传动齿轮46/44/41、中间传动齿轮42/43、支架39/40所组成的转筒展开控制机构24/25；以及由转筒朝向调节电机9/18、转筒朝向调节齿轮10/27、转筒朝向传动齿轮8/19/20、转筒旋转轴17/23所组成的转筒朝向调节机构这四大部分组成。由风力助推转子旋转机构来带动未展开的转筒进行旋转，利用马格努斯效应为船舶提供附加推力。由转筒液压升降控制系统实现不同层转筒之间的分离与合并；由转筒展开控制机构实现第一层转筒和第二层转筒的展开和闭合，以及对转筒展开角度的控制；由转筒朝向调节机构实现对展开后转筒的朝向和方位的调节，以保证其正对风向；
30.风力助推转子旋转机构主要由风力助推转子旋转电机28、风力助推转子传动齿轮29、第三层转筒旋转齿轮26所组成。风力助推转子传动齿轮29固定于风力助推转子旋转电机28的输出轴上，随输出轴一起转动；第三层转筒旋转齿轮26固定于第三层转筒7的底部并与风力助推转子传动齿轮29相互啮合组成齿轮传动机构。从而由风力助推转子旋转电机28输出轴的旋转，通过齿轮传动机构来带动第三层转筒7进行旋转。当所有转筒均不展开时，第三层转筒7依靠第三层转筒顶部摩擦传动盘6和第二层转筒底部摩擦传动盘5组成的摩擦传动机构来带动第二层转筒4进行旋转，同理第二层转筒4依靠第二层转筒顶部摩擦传动盘3和第一层转筒底部摩擦传动盘2组成的摩擦传动机构来带动第一层转筒1进行旋转。以实现整个风力助推转子的旋转。
31.转筒液压升降控制系统主要由液压油换向装置11、油箱12、回油管13、液压油管15、高压油泵14、电磁阀35/36、转筒对正装置31/32/33/34所组成。液压油换向装置11可上下移动，其上行到上止点时，液压油管15和高压油泵14相接通；其下行到下止点时，液压油管15和回油管13相接通。第一层转筒对正发射器33固定于第一层转筒朝向调节电机18的输出轴上，其拥有预定朝向(已在电机中进行预设)；第一层转筒对正接收器34固定于第一层转筒旋转轴17上，随旋转轴一起转动。第二层转筒对正发射器32固定于第二层转筒朝向调节电机9的输出轴上，其拥有预定朝向(已在电机中进行预设)；第二层转筒对正接收器31固定于第二层转筒旋转轴23上，随旋转轴一起转动。将发射器转动到预定朝向并固定，接收器随旋转轴缓慢转动直到两者对正时停止转动。在两者对正的情况下，各旋转轴上的齿轮10/27在随旋转轴上下移动时不会与各电机输出轴上的齿轮19/20/8发生碰撞(已事先根据对正装置布置好齿轮)，并保证了在旋转轴移动到相应位置(已事先根据布置测好距离)时，齿轮之间完美啮合。
32.转筒展开控制机构25主要由转筒展开控制电机38、转筒展开控制齿轮37、转筒展开传动齿轮46/44/41、中间传动齿轮42/43、支架39/40所组成。三个转筒展开传动齿轮46/44/41相互之间完全相同，两个中间传动齿轮42/43完全相同。转筒展开控制齿轮37布置于转筒展开控制电机38的输出轴上；左上转筒展开传动齿轮46与左下转筒展开传动齿轮44固定于左侧筒叶旋转轴45上；右下转筒展开传动齿轮41固定于另一侧筒叶旋转轴上；左侧中间传动齿轮43通过轴承套在左侧支架39上；右侧中间传动齿轮42通过轴承套在右侧支架40
上。转筒展开控制齿轮37与左上转筒展开传动齿轮46相互啮合组成齿轮传动机构；左下转筒展开传动齿轮44、中间传动齿轮42/43、右下转筒展开传动齿轮41四者啮合组成齿轮传动机构，从而由转筒展开控制电机38输出轴的转动实现转筒的展开和闭合。第二层转筒展开控制机构24组成和布置与第以层转筒展开控制机构25相同。
33.转筒朝向调节机构主要由转筒朝向调节电机9/18、转筒朝向调节齿轮10/27、转筒朝向传动齿轮8/19/20、转筒旋转轴17/23所组成。第一层转筒朝向调节齿轮10布置于第一层转筒旋转轴17上；第二层转筒朝向调节齿轮27布置于第二层转筒旋转轴23上；第一层转筒朝向一级传动齿轮19和第一层转筒朝向二级传动齿轮20布置于第一层转筒朝向调节电机18的输出轴上；第二层转筒朝向传动齿轮8布置于第二层转筒朝向调节电机9的输出轴上。第一层转筒朝向调节齿轮10、第一层转筒朝向一级传动齿轮19、第一层转筒朝向二级传动齿轮20三者完全相同；第二层转筒朝向调节齿轮27和第二层转筒朝向传动齿轮8两者完全相同。当第一层转筒旋转轴17移动到一级预定位置时，第一层转筒朝向调节齿轮10和第一层转筒朝向一级传动齿轮19相互啮合形成齿轮传动机构；当第一层转筒旋转轴17移动到二级预定位置时，第一层转筒朝向调节齿轮10和第一层转筒朝向二级传动齿轮20相互啮合形成齿轮传动机构；当第二层转筒旋转轴23移动到预定位置时，第二层转筒朝向调节齿轮27和第二层转筒朝向传动齿轮8相互啮合形成齿轮传动机构；
34.在处于顺风且风向与船舶前进方向不一致，存在一定角度的情况下，可通过转筒展开控制机构24/25调节转筒展开角度来调节其迎风面积，从而调节风帆所提供的附加力；同时调节未展开转筒的旋转速度，从而调节风力助推转子所提供的侧向力。二者相互配合最终使得风帆所提供的附加力和风力助推转子所提供的侧向力两者在垂直于船舶前进方向上的分力相等，能够消除或减小船舶的偏航。
35.当风力助推转子的转筒不需要展开时，第一层转筒1压紧在第二层转筒4之上，第二层转筒4压紧在第三层转筒7之上。第三层转筒底部的旋转齿轮26与风力助推转子旋转电机28输出轴上的风力助推转子传动齿轮29相啮合，形成齿轮传动结构，从而经风力助推转子旋转电机28输出轴的旋转带动第三层转筒7发生旋转。第三层转筒7则通过摩擦传动盘5/6来带动第二层转筒4进行旋转，进而通过摩擦传动盘2/3来带动第一层转筒1旋转，最终实现整个风力助推转子的旋转运动。
36.当风力助推转子的第一层转筒1需要展开时，则需通过第一层转筒展开控制机构25来实现，其不仅能够控制第一层转筒1的展开和闭合过程，还能够具体控制转筒展开的角度，最大能展开180度。第一层转筒展开控制机构25主要由第一层转筒展开控制电机38、第一层转筒展开控制齿轮37、第一层转筒展开传动齿轮46/44/41、中间传动齿轮42/43、支架39/40所组成。三个第一层转筒展开传动齿轮46/44/41相互之间完全相同，两个中间传动齿轮42/43完全相同。第一层转筒展开控制齿轮37固定于第一层转筒展开控制电机38的输出轴上，随输出轴一起转动。第一层转筒展开传动齿轮46与第一层转筒展开控制齿轮37相啮合，并且其直接固定于筒叶旋转轴45上，从而通过齿轮传动来带动筒叶旋转轴45发生旋转。第一层转筒展开传动齿轮44同样固定于筒叶旋转轴45上，随筒叶旋转轴45一起转动。中间传动齿轮42/43则通过轴承套在支架39/40上并在固定位置转动。第一层转筒展开传动齿轮41固定在另一侧的筒叶旋转轴上。第一层转筒展开传动齿轮44/41与中间传动齿轮42/43之间两两啮合组成齿轮传动机构，从而由筒叶旋转轴45的旋转来带动另一半筒叶旋转轴的转
动，最终在第一层转筒展开控制电机38输出轴的转动下实现第一层转筒1的对称展开和闭合。
37.风力助推转子第二层转筒4的展开原理以及第二层转筒展开控制机构24的结构布置同上。
38.风力助推转子的转筒液压升降控制系统主要由液压油换向装置11、油箱12、回油管13、液压油管15、高压油泵14、电磁阀35/36、转筒对正装置31/32/33/34所组成。当风力助推转子的转筒需要展开时，必须先利用液压升降控制系统将该层转筒的旋转轴进行抬升，使得相邻层转筒之间的摩擦传动盘分离，从而隔断下层转筒的旋转运动向该层的传递，然后再进行该层转筒的展开工作。而展开完成后转筒的朝向和方位的调节则需依靠转筒朝向调节机构进行单独调节。
39.转筒朝向调节机构主要由转筒朝向调节电机9/18、转筒朝向调节齿轮10/27、转筒朝向传动齿轮8/19/20、转筒旋转轴17/23所组成。当需要展开第一层转筒1时，第一层转筒旋转轴17被转筒液压升降控制系统抬升到指定位置，使旋转轴上的第一层转筒朝向调节齿轮10与第一层转筒朝向一级传动齿轮19相啮合，组成齿轮传动机构，从而经第一层转筒朝向调节电机18输出轴的旋转来带动第一层转筒旋转轴17的旋转，以实现第一层转筒1在展开后朝向和方位的调节。当需要展开两层转筒时，第一层转筒旋转轴17被转筒液压升降控制系统抬升到指定位置，使旋转轴上的第一层转筒朝向调节齿轮10与第一层转筒朝向二级传动齿轮20相啮合，组成齿轮传动机构；第二层转筒旋转轴23被转筒液压升降控制系统抬升到指定位置，使旋转轴上的第二层转筒朝向调节齿轮27与第二层转筒朝向传动齿轮8相啮合，组成齿轮传动机构，从而在各自所对应的转筒朝向调节电机18/9输出轴的转动下经齿轮传动机构带动相应的旋转轴转动，以实现对展开后转筒的朝向和方位的控制和调节。
40.船舶航行过程中，在无风、逆风以及风向垂直于船舶前进方向时，风力助推转子的转筒不需要展开，第一层转筒1压紧在第二层转筒4之上，第二层转筒4压紧在第三层转筒7之上，此时风力助推转子整体示意图如图1所示。第三层转筒底部的旋转齿轮26与风力助推转子旋转电机28输出轴上的风力助推转子传动齿轮29相啮合，形成齿轮传动结构，如图4所示。当转筒需要旋转时，启动风力助推转子旋转电机28，其输出轴开始旋转，经齿轮传动机构来带动第三层转筒7发生旋转。第三层转筒7则通过摩擦传动盘5/6来带动第二层转筒4进行旋转，进而通过摩擦传动盘2/3来带动第一层转筒1旋转，最终实现整个风力助推转子的旋转运动。
41.在顺风情况下(风向与船舶前进方向一致，或从船尾吹向船首与船舶前进方向存在一定角度)，风力助推转子的转筒需要展开，此时调节风力助推转子旋转电机28的转速，使其输出轴缓慢转动，从而通过风力助推转子传动齿轮29和第三层转筒旋转齿轮26带动第三层转筒7缓慢转动，在通过摩擦传动盘2/3/5/6带动第一层转筒1缓慢转动，由于第一层转筒通过第一层转筒展开控制机构25安装在第一层转筒旋转轴17上，故将带动第一层转筒旋转轴17缓慢转动。
42.若只需展开第一层转筒，则需先将第一层转筒1进行分离。启动第一层转筒朝向调节电机18，使其输出轴上的第一层转筒对正发射器33转到预定位置(已事先在电机控制程序中预设好)。待第一层转筒旋转轴17上的第一层转筒对正接收器34与第一层转筒对正发射器33相对正时，关闭风力助推转子旋转电机28使其停止转动，第一层转筒旋转轴17也随
即停止转动。此时液压油换向装置11下行，将液压油管15与高压油泵14所接通。然后第一层转筒升降控制电磁阀36打开，高压油进入第一层转筒液压底座16，从而将第一层转筒旋转轴17向上顶起，抬升到预定位置(通过高压油泵供给高压油控制抬升高度，已事先根据布置情况测量好距离)，使第一层转筒朝向调节齿轮10与第一层转筒朝向一级传动齿轮19相啮合，然后关闭第一层转筒升降控制电磁阀36。至此第一层转筒1完成分离，第一层转筒底部摩擦传动盘2与第二层转筒顶部摩擦传动盘3不再接触。然后可正常启动风力助推转子旋转电机28带动第三层转筒7和第二层转筒4进行旋转。
43.第一层转筒1的展开工作需要依靠第一层转筒展开控制机构25来完成，如图6所示。启动第一层转筒展开控制电机38，通过其输出轴上的第一层转筒展开控制齿轮37带动第一层转筒展开传动齿轮(左上)46进行旋转，进而带动筒叶旋转轴45旋转。而筒叶旋转轴45上的第一层转筒展开传动齿轮(左下)44也随之旋转，进而通过由其与中间传动左齿轮43、中间传动右齿轮42、第一层转筒展开传动齿轮(右)41组成的齿轮传动机构带动另一侧筒叶旋转轴进行旋转。由于中间传动左齿轮43与间传动右齿轮42完全相同；第一层转筒展开传动齿轮(左下)44与第一层转筒展开传动齿轮(右)41也完全相同，从而使得第一层转筒1的两半筒叶能够对称展开和对称闭合。通过控制第一层转筒展开控制电机38输出轴的旋转角度可以调节第一层转筒筒叶展开的程度，最大能展开到180
°
。至此，第一层转筒1展开工作完成。
44.展开后的第一层转筒1的朝向和方位的调节需依靠第一层转筒朝向调节机构来完成。第一层转筒旋转轴17被抬升到指定位置，第一层转筒朝向调节齿轮10与第一层转筒朝向一级传动齿轮19相啮合，组成齿轮传动机构，则可通过第一层转筒朝向调节电机18和该齿轮传动机构带动第一层转筒旋转轴17进行旋转，从而调节展开后的第一层转筒1的朝向和方位。
45.若需将第二层转筒4也展开，则需在上述步骤后再进行后续操作。再次调节风力助推转子旋转电机28的转速，使其输出轴缓慢转动，从而经齿轮传动机构和摩擦传动盘5/6带动第三层转筒7和第二层转筒4一起缓慢转动，进而带动第二层转筒旋转轴23缓慢转动。启动第二层转筒朝向调节电机9，使其输出轴上的第二层转筒对正发射器32转到预定位置(已事先在电机控制程序中预设好)。待第二层转筒旋转轴23上的第二层转筒对正接收器31与第二层转筒对正发射器32相对正时，关闭风力助推转子旋转电机28使其停止转动，第二层转筒旋转轴23也随即停止转动。此时将第一层转筒升降控制电磁阀36和第二层转筒升降控制电磁阀35打开，高压油进入第一层转筒液压底座16和第二层转筒液压底座21，从而将第一层转筒旋转轴17和第二层转筒旋转轴23分别向上顶起，抬升到各自的预定位置(通过高压油泵供给高压油控制抬升高度，已事先根据布置情况测量好距离)，使第一层转筒朝向调节齿轮10与第一层转筒朝向二级传动齿轮20相啮合，第二层转筒朝向调节齿轮27与第二层转筒朝向传动齿轮8相啮合，如图5所示。然后关闭第一层转筒升降控制电磁阀36和第二层转筒升降控制电磁阀35。至此所有转筒完成分离，摩擦传动盘2/3/5/6之间不再相互接触。然后可正常启动风力助推转子旋转电机28带动第三层转筒7进行旋转，作为正常的风力助推转子。需要注意的是，对正装置31/32/33/34的存在是为了保证转筒旋转轴17/23在上下移动时，其轴上的齿轮27/10不会与转向调节电机输出轴上的齿轮19/20/8发生碰撞，并保证转筒旋转轴17/23在移到相应预定位置后齿轮之间能够正常啮合(已事先规划好齿轮的
布置)。
46.第二层转筒4的展开工作需依靠第二层转筒展开控制机构24来完成，与第一层转筒1展开过程相同，在此不做过多赘述。
47.展开后的第二层转筒4的朝向和方位的调节同样需依靠第二层转筒朝向调节机构来完成。第二层转筒旋转轴23被抬升到指定位置，第二层转筒朝向调节齿轮27与第二层转筒朝向传动齿轮8相啮合，组成齿轮传动机构，则可通过第二层转筒朝向调节电机9和该齿轮传动机构带动第二层转筒旋转轴23进行旋转，从而调节展开后的第二层转筒4的朝向和方位。
48.至此，所有转筒的展开流程和步骤已介绍完毕，接下来介绍转筒由展开到闭合形成风力助推转子的过程。
49.当转筒需要闭合时，首先由第一层转筒展开控制机构25和第二层转筒展开控制机构24将第一层转筒1和第二层转筒4进行闭合。调节第一层转筒展开控制电机38输出轴的旋转方向，以通过齿轮传动机构带动筒叶旋转轴旋转，从而将第一层转筒1闭合(第二层转筒闭合过程相同)。同时关闭风力助推转子旋转电机28，使第三层转筒7停止旋转，第一层转筒朝向调节电机18和第二层转筒朝向调节电机9也关闭，保持静止不动。此时液压油换向装置11下行，将液压油管15与回油管13相接通，然后第一层转筒升降控制电磁阀36和第二层转筒升降控制电磁阀35打开，第一层转筒液压底座16和第二层转筒液压底座21中的液压油在各层转筒旋转轴的压力下通过管路流回油箱12，第一层转筒旋转轴17和第二层转筒旋转轴23下落，直到第二层转筒底部摩擦传动盘5和第三层转筒顶部摩擦传动盘6相互接触并压紧，以及第一层转筒底部摩擦传动盘2和第二层转筒顶部摩擦传动盘3相互接触并压紧后，关闭第一层转筒升降控制电磁阀36和第二层转筒升降控制电磁阀35。至此第一层转筒1和第二层转筒4闭合下落过程结束。此时第一层转筒朝向调节齿轮10与第一层转筒朝向调节电机18输出轴上的两个传动齿轮19/20均不啮合，第二层转筒朝向调节齿轮27与第二层转筒朝向调节电机9输出轴上的传动齿轮8也不啮合，第一层转筒1和第二层转筒4的旋转依靠第三层转筒7和摩擦传动盘2/3/5/6来带动，使整体作为一个风力助推转子来工作。
50.综上所述，本发明公开了一种可实现分层展开的风力助推转子。该风力助推转子的转筒共分为三层，其中第一层转筒和第二层转筒可根据船舶航行时的风向进行展开和闭合操作，展开后的转筒可作为风帆使用，一方面能够为船舶提供附加推力，另一方面能够平衡风力助推转子所产生的偏航力；而闭合时的转筒则作为风力助推转子使用。第三层转筒不进行展开，一直作为风力助推转子使用。在本发明所述的可实现分层展开的风力助推转子中，由转筒液压升降控制系统实现不同层转筒之间的分离与合并；由转筒展开控制机构实现第一层转筒和第二层转筒的展开和闭合，以及对转筒展开角度的控制；由转筒朝向调节机构实现对展开后转筒的朝向和方位的调节，以保证其正对风向；由风力助推转子旋转机构来带动未展开的转筒进行旋转，利用马格努斯效应为船舶提供附加推力。本发明能够在风向与船舶前进方向一致时，通过展开第一层转筒和第二层转筒形成风帆，为船舶提供附加推力，解决了现有风力助推转子无法利用与船舶前进方向一致的风这一问题，提高了风力助推转子的风向适用性。并且当风向与船舶前进方向存在一定角度时，本发明能够通过调节展开后转筒的朝向和方位，使其正对风向，再通过调节未展开转筒的转速，使得风帆所提供的力与风力助推转子所提供的侧向力两者在垂直于船舶前进方向上的分力相等，以
消除或减小船舶的偏航，而两者在船舶前进方向上的分力则共同为船舶提供附加推力。解决了现有风力助推转子对船舶产生的偏航影响问题。因此具有很大的现实意义与实用前景。