레오나르도 다빈치가 처음 구상했던 헬리콥터는 제2차 세계대전이 지난 이후 급속히 발전했다. 오늘날 헬리콥터는 군사용 뿐아니라 소방, 구조, 건설 등 민수용으로도 다양하고 광범위하게 이용되는 유용한 항공기다.
회전날개(rotating wing)를 이용해 비행하는 헬리콥터는 수직이착륙, 전진비행, 후진비행, 옆으로비행, 제자리 비행, 빠른 선회 등 탁월한 기동성을 발휘한다. 헬리콥터의 이처럼 다양한 비행 능력은 새처럼 날고싶어 했던 인간이 꿈꿔온 욕망을 가장 잘 충족시켜 준다.
헬리콥터에 작용하는 힘은 다른 고정날개 비행기에 작용하는 것과 같은 4가지 힘 즉 양력, 중력, 추력, 항력이다. 여기서 양력과 추력은 헬리콥터 회전날개(로터)의 회전과 기울기에 의해 발생된다.
헬리콥터의 전진비행, 후진비행, 옆으로 비행을 위해서는 로터가 비행을 원하는 방향으로 기울어져야 한다. 그림과 같이 전진비행을 할 때 로터는 앞쪽으로 기울어진다. 로터 기울기에 직각방향으로 작용되는 합력은 수직방향인 양력과 수평방향인 추력으로 분해되어 수직이륙과 전진비행이 가능하다. 무동력 비행체인 글라이더는 떨어지는 중력에 의존해 비행한다면, 반대로 헬리콥터는 상승하려는 합력에 의하여 비행하는 것이다. 마찬가지로 후진 비행시에는 로터를 뒤쪽으로 기울인다.
헬리콥터가 제자리에서 비행하는 것을 호버링(hovering)이라고 한다. 바람이 불지않는 상태에서 로터의 기울기가 수평상태를 유지하면, 헬리콥터의 양력과 추력의 합력이 중력과 항력의 합계와 같게 되어 제자리 비행이 가능하다. 이때 고도의 조종술이 요구되는데 요즘 상영되고있는 히말라야 K2산에서 펼쳐지는 영화 '버티칼 리미트'에서 실감나게 볼 수 있다. 심한 바람, 좁은 공간, 높은 고도로 인한 희박한 공기밀도 등 제자리 비행엔 너무나 불리한 여건에서도 구조대를 목적지에 무사히 내려 주기 위해 사투를 벌이는 장면은 압권이다.
헬리콥터의 단점은 고정날개를 가진 비행기보다 빠른 속도를 낼 수 없다는 것이다. 이는 '회전체의 회전속도는 반지름에 비례한다'는 원리를 알면 쉽게 이해할 수 있다. 즉 회전체의 바깥쪽으로 갈수록 회전속도는 점점 빨라진다. 헬리콥터 로터의 회전면 안쪽에서는 회전속도가 비행속도(공기속도)보다도 오히려 느린 지역이 생겨나 역류현상이 발생된다. 그리고 반대로 로터 끝 부분은 음속(340m/s)보다 더 빠른 부분이 생겨나 충격파가 발생되기도 한다. 즉 로터의 회전속도가 증가할수록 더 큰 항력이 발생되어 비행속도를 높이는 데 제한요소가 된다. 이러한 요인으로 인해 헬리콥터의 비행속도는 어느 한계이상을 낼 수 없어, 가장 빠른 프로펠러 비행속도의 절반에도 미치지 못한다.
헬리콥터의 고속비행을 위한 해결 방법은 고정날개를 달고 회전로터 외에 별도의 추진장치를 장착하는 방법이다. 고속비행 시에는 날개가 양력발생의 주된 역할을 담당하고 로터는 느리게 회전하거나 아니면 아예 뒤로 접어 둘 수 있도록 하는 것이다.
다른 방법으로는 이착륙 시에는 순수한 헬리콥터처럼 로터가 위로 향하여 수직 이착륙을 가능케 하고, 이륙 후에는 로터를 앞으로 향하게 하여 마치 고정날개를 갖는 프로펠러 비행기와 같이 변환하는 전환식 비행기(convertiplane)다. 대표적으로 실용화된 비행기가 미국 '벨'사가 제작한 V-22 전환식 비행기로 기존의 헬리콥터 비행속도를 극복하고 고속비행이 가능하다.
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