风力发电是通过风力机装置将风能转化为电能的，叶轮是风力机的关键组成部分。在风力发电机的叶轮设计中，获得准确的叶轮的动力学性能是风力机整体与结构设计的基础和关键。本文以拟输出功率为500W的H型垂直轴风力机为研究对象，对其叶轮的空气动力性能和结构动力性能进行了研究，主要研究内容如下：首先，根据垂直轴风力机叶轮的空气动力学设计理论，详细介绍了单流管模型、多流管模型和涡流模型，最终采用多流管模型方法对风力机叶片进行受力分析，得出叶轮输出功率和转矩的计算方法。结果表明：叶片安装半径、叶片数、叶片弦长、叶片高度为影响垂直轴风力机叶轮输出功率和转矩的主要参数。其次，以拟输出功率为P=500W的H型垂直轴风力机为研究对象，通过正交试验优化设计方法，以叶片安装半径、叶片数、叶片弦长、叶片高度为因素，叶轮输出功率为指标进行优化设计，得到一组最优组合参数以及各个因素水平变化对叶轮输出功率大小影响的趋势。结果表明：叶片数是影响H型垂直轴风力机叶轮输出功率最为显著的影响因素，通过适当控制叶片数量，可以达到有效提高叶轮输出功率的目的。然后，采用FLUENT软件对叶轮进行二维建模、网格划分、确定边界条件以及求解计算对叶轮流场进行非定常数值模拟。比较不同位置角上、同一叶片在不同位置以及在不同来流风速下的流场速度分布规律，结果表明：叶轮周围的流场呈现出非常强的非定常性，在一个周期内不同位置角的流场特性不同；单个叶片在一个周期内转动过程中，翼型周围的流场呈现周期性变化；不同风速条件下的流场特性也不相同。最后，在转子动力学理论的基础上，采用ANSYS有限元分析软件对风力机叶轮进行了模态分析，应用Lanczos法求解动态方程，获得风力机叶轮在静止状态时的固有频率和振型以及在不同转速下的各阶固有频率，并绘制了叶轮的Campbell图，结果表明：风力机叶轮的主要振动为弯曲振动，叶轮的工作转速低于临界转速，避开了共振区，可以安全工作。