阻力型垂直轴风力机虽然简单可靠，安装维修方便，但其叶尖速比在0.5左右才能获得较高的功率输出，也就是说叶片速度较低，风轮外沿线速度仅为风速的一半左右，若风轮直径较大时，转速会很低，再说阻力型的垂直轴风力机功率系数一般不超过15%，这就限制了阻力型风力机在大型风力机中的应用。目前大中型风电主要采用水平轴风力机，属升力型风力机，具有转速高、风的利用率较高的优点，其运行叶尖速比通常在4以上，转速高，最大功率系数可达50%。
垂直轴风力机也有升力型风力机，法国航空工程师达里厄（Darrieus）在1931年发明了升力型垂直轴风力机，后人习惯把升力型垂直轴风力机统称为达里厄风力机（D式风力机），达里厄风力机的原始机型是φ形结构，但现在用得较多的是H形结构，下面就H形结构达里厄风力机的原理进行介绍。
图1是H形达里厄风力机风轮结构图，风轮由两片与转轴平行的叶片阻成，叶片截面为流线型的对称翼型，以相反方向安装在风力机转轴两侧，风轮绕风力机转轴旋转。为较清晰表示其结构，图中将叶片弦长较实际比例进行夸大。
图1 H型达里厄风力机的风轮
垂直的叶片是如何带动风轮旋转呢，通过图2来分析其原理，风轮轴在叶轮径向线上，叶片随风轮旋转沿翼片轨迹运动到上风面某位置，来风从左边进入，浅蓝色的矢量v是外来风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度(其箭头方向是无风时翼片感受到的气流方向与速度)、紫色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度（即相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的升力，黑色的矢量D为叶片受到的阻力，棕色的矢量F是升力L与阻力D的合成力，合成力在叶片前进方向的分力M就是是推动风轮旋转的力，该力形成对风轮转轴的转矩。
图2 达里厄风力机叶片受力分析图
叶片随风轮旋转到不同角度是否都有推动风轮旋转的转矩呢，图2是叶片随风轮旋转到不同角度的受力图，通过该图来看H形达里厄风力机的工作原理，在图中列举了从0度到315度八个位置的叶片，图中角度不是叶片与来风的夹角，角度是按风轮反时针旋转方向，与来风方向平行的上风面为0度。来风从左边进入，浅蓝色的矢量v是外来风速、绿色的矢量u是叶片圆周运动的线速度（反向）、蓝色的矢量w是叶片感受到的合成气流速度（即相对风速）、紫色的矢量L是叶片受到的升力，由于正常工作时的阻力很小，在图中很难标出，故不显示阻力。
我们分析一下叶片在这八个角度的受力情况，除了在90度与270度的位置，相对风速不产生升力，在其它六个位置上叶片受到的升力均能在运动方向产生转矩，在0度与180度能提供最大的的转矩，这些转矩，都朝着同一旋转方向，这就是达里厄风力机能在风力下旋转的道理，所以说达里厄风力机属升力型垂直轴风力机。
图3 达里厄风力机受力旋转原理图
前面分析图是理想状态，是在理想的叶尖速比与没有叶片阻力时的状态。叶片还会受到阻力，叶片推动风轮旋转的力是升力与阻力的合成力在叶片前进方向的分力，在叶片阻力较明显时阻力会明显影响风力机的效率。我们取315度时的情况分析一下有阻力的情况，见图3，黑色的矢量D为叶片受到的阻力，棕色的矢量F是升力L与阻力D的合成力，该力在叶片前进方向的分力M才是形成风轮旋转的转矩的力，显然此时的转矩明显小于理想状况。
图4 达里厄风力机叶片受力分析图（二）
而且在90度与270度附近的角度内，阻力矩将大于升力产生的力矩，见图5。
图5 叶片与来风夹角较小时受力分析图
由上述分析达里厄风力机的叶片转至90度与270度附近时只有阻力，只有叶片转到0度与180度附近才有较大的输出力。
下面将介绍达里厄风力机的动力特性，也就是风力机在不同风速下的工作特性，主要是功率特性。
首先看看叶片在不同风速时的受力状况，一般来说，叶片需运行在叶尖速比为3.5以上时才会有较大的输出功率，可通过图6来说明，主要通过叶片在风轮的0度位置来分析。
图6 叶片与风向在不同攻角时的受力分析图
图6左侧图叶片受到相对风速W的作用产生升力L与阻力D，相对风速W与叶片弦线的夹角即叶片的攻角α约为14度，相对风速W由风速V与叶片运动速度u合成，此时叶片的运动速度约为风速的4倍，即叶尖速比为4。升力L与阻力D的合力为F，该力M形成对风轮的转矩，是推动风轮旋转的力。在叶尖速比为4时，叶片运行在向风侧或背风侧均能产生推动风轮旋转的转矩，仅在两侧（90度与180度）附近升力很小，会有不大的负向转矩。
图6中间图是风速增加了，风轮转速没有增加，即叶片运动的速度未变，此时叶片的运动速度约为速风的3倍，即叶尖速比为3，叶片的攻角α约为18.3度。此时风速增加了，但升力不但没有增加还会降低，因为叶片已进入失速状态，进入失速状态的叶片受到的阻力大大增加，升力L与阻力D的合力为F，该力形成风轮转矩的力为M，此时的M已很小了。只有叶片在离开0度或180度一定距离的范围时转矩的减小才没那么明显。
图6右侧图风速增加了一倍，叶片运动的速度未变，叶尖速比约为2，叶片的攻角α约为27度，此时叶片工作在失速状态，风速的增加使升力L略增加，但阻力D却大幅度上升，合力F相对风轮产生的转矩变为负向，是阻止风轮旋转的。在叶尖速比为2时叶片运行在大多数位置均产生负向转矩。
对于大多数普通翼型当叶尖速比小于3.5时叶片在0度与180度附近基本上不产生推动风轮旋转的力。在叶尖速比小于2时即使在某个角度能产生一点正向转矩也被其他角度产生的负向转矩给抵消了。
达里厄风力机在低风速下运转困难，要在较高的风力下，风轮转速达到叶尖速比为3.5以上才可能正常带动负荷运转，在尖速比为4-6可获较高的功率系数。图7是达里厄风力机的一个重要的动力特性曲线，即功率系数与叶尖速比的关系曲线。
图7 达里厄风力机功率系数与叶尖速比的关系曲线图
为减小阻力增加升力，达里厄风力机对叶片截面形状（翼型）选择与外表光洁度要求比较高。 达里厄风力机在叶尖速比为3以下时难以依靠升力运转，能否依靠阻力运行呢？由于各翼片是均匀固定在风轮的圆周上，风轮对称位置的叶片受风阻力产生的转矩方向是相反的，且大小相差不大，总转矩很小不足以推动风力机转动。所以达里厄风力机不能单靠风力自起动，必须依靠外力起动使叶尖速比达到3.5以上时才能依靠升力正常运转。 典型的达里厄风力机翼片不是直的，而是弯成弧形，两翼片合成一个φ形。图8是一台达里厄风力机模型。
图8 φ形叶片的达里厄风力机
下面请观看φ形叶片达里厄风力机的运转3D动画。
φ形叶片达里厄风力机的运转动画
现在的达里厄风力机多采用直形风叶，简称H型风力机。H型风力机的叶片数一般为2至6个，图9是一个有四个叶片的风力机模型。
图9 H型叶片的达里厄风力机
达里厄风力机的叶片通过两端或中部固定在转轴上，有利于加大机械强度；达里厄风力机将发电机安装在地面时可减轻头重脚轻的状况，对塔架要求较低，适合用拉索固定，检修较方便；达里厄风力机的风能利用系数高于30%，远高于阻力型风力机，这些都是它的优点。
对于达里厄风力机不能自起动的问题，一般方法是在起动时把发电机作电动机运转带动风力机旋转，使叶尖速比达到3.5以上。
由于对风速变化与负荷变化要求都较苛刻，难以高效率运行，加上不能自起动等缺点，达里厄风力机的发展较慢，直至近些年经过技术上的改进，开始有较大发展。
注：对于多数普通翼型的失速迎角为10度到14度（关于失速迎角参见“风力机基础知识”有关章节）。14度也即叶尖速比等于4，当攻角大于14度时（叶尖速比小于4），翼片进入失速状态，升力下降阻力大大增加。但叶尖速比小于4时在360度与180度以外的部分区域，翼型攻角小于14度，还会有升力，故把叶尖速比定为3.5作为分界点。由于不同翼型不同安装方式失速迎角相差甚远，较小翼型的失速迎角仅为10度左右，分界点定为4或许更恰当些，所以叶尖速比3.5只是一个参考值。
以上我们介绍的是经典的达里厄风力机，一个重要的条件是叶片弦长相对风轮直径很小，这样可以认为叶片周围的气流是直线运动的，也就是说叶片是在作直线运动；如果叶片弦长相对风轮直径较大，叶片周围的气流是弧线的，相当于叶片变成有弯度翼型，此时的情况就难以用简单方法分析了，“叶尖速比为3.5”的分界点将发生变化或不明显存在。
达里厄风力机
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