近年来，不断增加的环境污染、激增的能源需求和矿物燃料的持续减少，使人们对可再生能源的关注显著提高。在这些能源中，风能是较廉价并且发展最快的可再生能源。因此人们进行了大量的工作来研究如何有效得利用这种能源，其中风力机是最主要的一种形式。风力机主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机，与水平轴风力机相比，垂直轴风力机具有无需对风、易维护、叶片结构简单等优点越来越受到人们的重视。垂直轴风力机主要分为阻力型风力机、升力型风力机和组合型风力机。本课题综合阻力型和升力型风力机的优点，提出了一种自适应阻升转换垂直轴风力机（VAWT-SDLC），该风力机克服了传统阻力型风力机效率低和升力型风力机起动困难的缺点。本文对该风力机的动态特性进行了实验研究和理论分析，并建立了工作模式判定模型和性能预测模型。本文首先研制了VAWT-SDLC原理样机及其性能测试装置。风力机主要由叶片、支撑臂和轴承座几部分组成，明显特征是每组叶片都由活动叶片和固定叶片组成，活动叶片可以根据风速和转速的情况进行开合，使风力机实现工作模式的自动转换。测试装置包括风洞、风力机本体和测试系统，测试系统可以进行风力机的转速和转矩采集，输出信号可通过上位机界面显示。风力机原理样机及其测试装置的研制，为该风力机动态特性的研究提供了实验平台。VAWT-SDLC与传统垂直轴风力机不同，在阻力模式下工作时，活动叶片将在顺风边打开，而在逆风边关闭。现存的性能预测模型没有一种完全适用于本风力机。本文基于双盘面多流管模型建立了本风力机在阻力模式下的性能预测模型，然后，结合实际算例，通过理论计算值与原理样机风洞实验的结果对比，说明理论结果与实验数据基本吻合，证明了阻力模式下的性能预测模型在VAWT-SDLC性能预报上的可行性。该模型为VAWT-SDLC的工程应用提供了理论依据。自起动性是风力机最基本的特性，同时也是衡量风力机性能的重要指标之一。本课题首先在风洞中对VAWT-SDLC原理样机的自起动性能进行了实验研究。通过与相同几何参数的Darrieus直叶片风力机的静态自起动性能对比，说明VAWT-SDLC明显优于Darrieus风力机。实验研究了叶片数、直径和风速对VAWT-SDLC静动态自起动性能的影响。对于静态自起动性能，得出风力机的性能随着叶片数的增加而提高，直径的增加对不同方位角下的静态自起动性能有一定的影响，但对平均自起动性能影响不大。在低风速时，风速的增加使静态自起动性能下降，而在较高风速时几乎没有影响。而对于动态自起动性能，叶片的增加将使性能降低，直径越大动态自起动性能越好，在低风速时，风速的增加将改善动态自起动性能，而在高风速时，风速对动态自起动性能的影响很小。VAWT-SDLC与现存的垂直轴风力机最大不同之处在于其可以根据工况的不同，自动完成阻力模式和升力模式的转换过程。本课题根据多流管模型建立了风力机的工作模式判定数学模型，并利用风洞实验的结果对模型进行了验证。实验研究了叶片数、直径和风速对风力机阻升转换特性的影响，结果说明在恒定的风速下，叶片数的增加会导致阻升转换的提前；直径的增加将会导致阻升转换的延后。3m/s～10m/s风速下的实验表明，风速对风力机的阻升转换所需的尖速比影响很小，但对能否实现阻升转换有较大的影响。实验研究了VAWT-SDLC在阻力模式下的动态输出特性，将2、3和4叶片的VAWT-SDLC与Darrieus直叶片风力机在6m/s风速下的功率进行了对比，表明所有叶片数的VAWT-SDLC的输出性能均优于Darrieus风力机。对叶片数、直径和来流风速对VAWT-SDLC动态输出性能的影响进行了详细的实验研究，结果表明在所有的实验中，风力机的动态转矩系数都随着尖速比的增加而下降，风力机的功率先随着尖速比的增加而增加，然后减小。在3种叶片数中，4叶片风力机的动态输出性能最佳；风力机的动态输出性能随着直径的增加而提高；随着风速的增加风力机的输出性能提高，但风速对风力机取得最大功率时所需的尖速比影响较小。