一种竖向扭转耦合大振幅自由振动的风洞实验系统，包括两个对称安装的支撑框架，所述支撑框架的顶部设置至少两个上弹簧固定臂，所述上弹簧固定臂连接在上弹簧的上端；所述支撑框架的底部设置下弹簧固定臂，所述下弹簧固定臂连接在下弹簧的下端，两根上弹簧的下端通过刚性吊臂连接，所述刚性吊臂上安装轴承座，刚性试验模型的两端分别固结刚性轴的一端，刚性轴的另一端安装固定在所述轴承座内，所述刚性轴上固结轮毂，且刚性试验模型的扭转中心线与刚性轴轴线、轮毂中心线共线，第一柔性连接件的中部套设并固结在所述轮毂的外周，第一柔性连接件的两端向下延伸并分别与所述下弹簧的上端连接。本系统单独配置扭转刚度体系，提高了试验装置的灵活性。