H型垂直轴风力发电机是一种升力型发电机,以其便于安装、维修方便、噪音较小等优点越来越受到人们的关注,但目前H型垂直轴风力发电机由于旋转一周过程中攻角实时变化,导致其风能利用率较低,自启动能力较差,限制了其进一步的规模化发展。本文针对一种翼型为NACA0015的H型垂直轴风力机,首先通过理论分析得到叶片旋转一周桨距角的调节规律,并用数值模拟方法对实时变桨规律的有效性进行验证性分析;在此基础上,设计了一种双曲柄四连杆变桨机构;通过风洞试验,验证了该变桨机构的合理性。本文研究的主要内容包括:1)对NACA0015翼型进行空气动力学分析,以获得翼型的最大切向力为目标得到翼型在上下风区的最佳攻角值分别为8°和-8°;基于双致动盘多流管理论进行Matlab编程,求得风轮旋转一周叶片桨距角的变化规律。2)利用CFD方法对变桨前后叶片周围流场进行研究,基于滑移网格和UDF运动指定方式分别对定桨距风力机和变桨距风力机进行二维流体仿真,对比两种风力机翼型气动参数和翼型附近流场后发现:变桨距风力机翼型的升力系数在整周旋转过程中均高于定桨距风力机,且有更好的自启动性能;变桨距风力机的阻力系数在方位角30°<θ<180°和270°<θ<360°处,均低于定桨距垂直轴风力机;通过变桨,翼型附面层分离现象得以避免,风力机气动性能获得提升。3)设计了一种双曲柄四连杆机构以实现变桨规律,采用随机方向法对杆长进行优化设计,并利用Adams软件对变桨机构进行运动学仿真,结果显示:推杆和叶片运动轨迹呈周期性变化;采用旋转测角法测量实际工作中桨距角的变化规律发现:桨距角变化曲线与理想桨距角曲线吻合程度较高。4)分别对定桨距和变桨距风力机进行风洞试验,测试不同风速下两种风力机的出力情况,试验结果显示:相较于定桨距风力机,变桨距风力机自启动能力更强,可以在风速2.5m/s时启动;更为重要的是,在同等风速下,变桨距垂直轴风力机的发电功率均高于定桨距垂直轴风力机,在现有风速条件下,变桨距垂直轴风力机的发电效率较定桨距风力机的至少高7.86%。