헬리콥터는 일반 항공기에는 없는 많은 독특한 능력을 가지고 있다. 가장 뚜렷한 특징은 지상 위의 특정 상공에서 공중 정지할 수 있다는 것이다. 공중 정지하는 동안 360도 회전도 할 수 있어서 조종사가 원하는 방향을 마음대로 볼 수 있다. 또 다른 특징은 후진과 좌우 비행을 할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 사진사가 옆창문으로 보이는 풍경을 찍는 동안 길을 따라서 좌우로 비행을 할 수 있다. 또 헬리콥터는 어느 방향으로 비행하고 있든 공중에서 순간적으로 정지를 할 수도 있다. 이러한 능력은 날개로부터 양력을 만들기 위해서 항상 앞으로 비행해야만 하는 보통의 항공기에서는 불가능한 일이다.
헬리콥터의 작동원리
단순하게 위로 날아가기만 하는 기계를 만든다고 생각해보다. 후진은 생각할 필요가 없다. 올라가는 것만 생각하면 된다. 만일 날개를 이용해서 위로 향한 힘을 내려면, 날개는 양력을 만들기 위해 계속 움직여야 한다. 날개가 계속 움직이게 하려면 회전 운동을 이용하는 것이 가장 쉬운 방법이다. 따라서 천장에 달린 선풍기처럼 중심축에 두 개 이상의 날개를 달고 축을 회전시킬 수 있을 것이다. 헬리콥터에 있는 회전 날개는 항공기 날개의 에어포일과 형태는 같지만 일반적으로 매우 빠른 속도로 돌기 때문에 좀 더 폭이 좁고 얇다. 여기서 회전 날개가 조립되어 있는 부분을 보통 주회전 날개라고 부르는데, 만일 주회전 날개의 축에 대해 약간의 올려본 각을 주고 축을 회전시킨다면 날개는 곧 양력을 만들기 시작할 것이다. 사람이나 장비를 들어 올릴 수 있을 만한 힘을 가진 축을 회전 시 키키 위해서는 어떤 종류이든 엔진이 필요하다. 가솔린 엔진이나 가스 터빈 엔진은 헬리콥터에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 엔진이다. 엔진의 구동축은 변속기를 통해서 주회전 날개의 축과 연결되어 있다. 이러한 장치들은 잘 움직여서 이제 헬리콥터는 지상을 이륙한다. 그러나 이륙 순간 주회전 날개가 회전하듯이 동체도 같이 회전하게 된다. 회전을 막아줄 장치가 없다면 동체는 주회전 날개와 반대 방향으로 회전하게 될 것이다. 동체가 회전하지 못하게 하기 위해서는 어떤 힘이 가해져야 한다. 헬리콥터의 동체에 이런 힘을 공급하는 일반적인 방법은 또 하나의 작은 회전 날개를 긴 동체 끝에 부착하는 것이다. 이런 날개를 꼬리 회전 날개라고 한다. 꼬리 회전 날개는 항공기의 프로펠러처럼 추력을 제공한다. 동체를 회전시키려는 엔진과 반대로 측면방향으로 추력을 제공해서 꼬리 회전 날개는 헬리콥터의 동체가 회전하는 것을 막아준다. 보통 꼬리 회전 날개는 주회전 날개의 변속기에서 동체 후미부를 지나 꼬리 회전 날개의 작은 변속기로 이어지는 긴 구동축에 의해서 동력을 제공받는다.
상승과 하강
헬리콥터를 조종하려면 주회전 날개와 꼬리 회전 날개 둘 다를 조종할 수 있어야 한다. 조종사는 주회전 날개에서 오는 추력의 크기를 조절해서 헬리콥터를 상승, 하강시킨다. 또한 조종사는 꼬리 회전 날개가 만드는 추력의 크기를 조절해서 축을 중심으로 헬리콥터가 회전하게 한다. 꼬리 회전 날개의 올려본 각을 조정해서 측면 추력의 크기를 조절할 필요가 있는데, 조종사는 두 발로 페달을 밟아서 꼬리 회전 날개의 올려본 각을 직접 조절한다. 주회전 날개의 올려본 각을 조절하는 데에도 같은 방법을 사용한다. 여기에 사용하는 조절 장치를 콜렉티브라고 부르는데, 조종사가 한 손으로 작동하는 레버가 그 역할을 한다. 이 콜렉티브에는 엔진의 속도를 조절하는 트위스트 그립이 달려 있다. 조종사는 콜렉티브와 스로틀을 이용해서 헬리콥터를 상승, 하강시키고 또한 주회전 날개의 추력을 균형 잡아서 헬리콥터를 공중 정지하게 만든다.
전진과 후진, 좌우 이동 원리
상승과 하강을 하는 헬리콥터를 설계하는 것은 상대적으로 쉬운 일이다. 이제 전진과 후진, 좌우 이동을 할 수 있는 능력을 갖추도록 해보다. 이것이 헬리콥터를 아주 특별한 것으로 만드는 부분이다. 어떤 방향으로 헬리콥터를 비행하게 하기 위해서는 주회전 날개를 조절해서 어느 한쪽에 대한 추력을 다른 쪽에 대한 추력보다 더 크게 만들어야 한다. 날개가 회전하고 있기 때문에 해당 날개의 각도를 지속적으로 조절해야만 한다. 로토의 구동축과 날개가 연결되는 주회전 날개의 중심 부분은 조절이 아주 쉬워야 할 뿐만 아니라 매우 튼튼해야 한다. 경사판을 이용해서 분력을 얻으면 이런 문제를 해결할 수 있다. 경사판은 베어링에 의해서 분리된 두 개의 판, 즉 고정 경사판과 회전 경사판으로 구성되어 있다. 회전 경사판은 구동축과 로토의 날과 함께 회전한다. 날개의 경사각을 조절할 수 있게 해주는 조절 막대와 함께 로토의 날개의 연결되어 있다. 회전 경사판을 다른 방향으로 기울이면 그에 따라서 주회전 날개의 추력의 방향도 바뀐다. 고정 경사판과 회전 경사판은 두 경사판 사이의 베어링으로 연결되어 있다. 이 베어링이 회전 경사판을 고정 경사판 위에서 회전하게 만든다. 조종사는 사이클릭이라고 부르는 조절장치로 고정 경사판의 각도를 조절해서 회전 경사판의 각도를 조절한다. 경사판은 주회전 날개가 회전할 때 날개의 올려본 각을 변화시킨다. 기울기가 큰 올려본 각은 기울기가 작은 올려본 각 보다 더 큰 양력을 만든다. 사이클릭은 경사판을 기울여서 한쪽의 올려본 각을 다른 쪽 보다 더 크게 만든다. 따라서 한쪽의 양력이 더 커진다. 조종사는 콜렉티브와 사이클릭의 제어장치를 사용해서 경사판을 조종한다. 공중 정지 하기 위해서는 경험과 숙련이 필요하다. 조종사는 사이클릭을 조종해서 헬리콥터가 특정 지역 상공에서 정지해 있도록 한다. 또한 조종사는 콜렉티브를 조종해서 일정 고도를 유지하게 하는데, 이것은 헬리콥터가 지상에 접근할 때 특히 중요하다. 또 풋 페달을 조정해서 헬리콥터가 가고자 하는 방향으로 계속 진행할 수 있게 한다. 바람이 부는 상황에서 공중 정지를 한다는 것은 상당한 모험이라는 것을 쉽게 상상할 수 있을 것이다.