Za običajne smrtnike, vajene gibanja v dveh dimenzijah, predstavlja zrak za gibanje »neživljenjsko« okolje, ki si ga je podredil z letalnimi napravami, denimo letalom in helikopterjem. Če se vlak giblje v dve smeri, načeloma naprej in vzvratno, to pomeni, da se ga lahko krmari z eno samo roko. Avto je že bolj zapleten, gre naprej in vzvratno kot vlak, vendar tudi levo in desno.
Smer spreminjamo s krmilom – volanom, vožnjo naprej ali nazaj pa z menjalnikom, kar teoretično in praktično (za avtomobile z avtomatskim menjalnikom) pomeni, da avtomobil krmarimo z eno roko in eno nogo.
Vsakdo pa, ki je kdajkoli videl pilotsko kabino letala, - sploh ni nujno, da je bil to velikanski jumbo jet - se je lahko prepričal v malce bolj zapleteno napravo – za krmarjenje. Torej je letenje le bolj zahtevno od vožnje po tleh! Letalo gre tako naprej kot levo in desno, za razliko od avtomobila in vlaka tudi še navzgor in navzdol, ne pa tudi vzvratno. Vseeno pa v pet smeri! In pilot potrebuje za krmarjenje eno roko in obe nogi.
Helikopter je še nekolikanj bolj zapletena naprava, kot je letalo, vsaj kar zadeva smer gibanja in krmarjenja naprave. Gre tako navzgor kot navzdol, tako levo kot desno - celo bočno - in tako naprej kot, kar je posebnost letalnikov, vzvratno, poleg tega pase še vrti okoli osi v eno ali drugo smer urinega kazalca. Gibanj torej kolikor hočete, najbolj pomembno pa je pravzaprav »negibanje« v zraku: lebdenje!
Osnovno krmilo helikopterja je ročica cikličnega hoda, podobna ročici pri letalih. Krmari hod vsakega od krakov glavnega rotorja. Vsi ti kraki (ali najmanj par) med vrtenjem tvorijo en sam disk, sprememba cikličnega hoda (izraženo bolj zapleteno in fizikalno ), pa povzroči, da se helikopter nagne, ker ustvari komponento aerodinamične rezultante Ta rezultanta sil dovoljuje, da se helikopter giblje naprej, nazaj ali bočno. Ali bolj preprosto: ko pilot potisne ročico cikličnega hoda naprej, se tudi disk rotorja nagne naprej in usmeri curek pretočnega zraka nazaj, leti pa naprej. In podobno vzvratno in v smeri obeh bokov.
Kadar pilot potisne ročico cikličnega hoda naprej, se tudi disk nagne naprej in usmeri curek pretočnega zraka nazaj. Vodoravna komponenta rotorja je tako zmanjšana, izravnavo doseže pilot s povečanjem vpadnega kota krakov, kar pa stori z ročic kolektivnega hoda.
Druga je ročica za uravnavanje kolektivnega hoda , ki spreminja korak vseh krakov rotorja in jim spreminja nosilnost. Na tej ročici je tudi ročica za uravnavanje vrtljajev motorja. Ročica hkrati nadzoruje korak vseh krakov rotorja, z dvigom ročice pilot poveča naklonski kot vseh krakov sočasno, s tem pa poveča pretok zraka skozi rotor, kar pri istih obratih rotorja povečuje nosilnost. Z zmanjševanjem obratov rotorja se zmanjšuje tudi vzgon, kar lahko privede do kritične hitrosti; v izogib temu je trebna ob povečevanju kota krakov rotorja povečevati tudi moč motorja, ki tako kompenzira povečani upor. Večina sodobnih helikopterjev s turbinskimi motorji ima vgrajen sistem avtomatskega napajanja z gorivom, ki vzdržuje konstantno hitrost vrtljajev rotorja.
Z nožnimi pedali pilot spreminja korak repnega rotorja in s tem spreminja smer helikopterja po navpično osi. Gre pravzaprav za rotor za uravnovešanje reakcije vrtilnega momenta, ki ga ustvari rotacija glavnega rotorja. Ponavadi je repni rotor, kar pove že ime, postavljen na repu helikopterja in ga poganja kar podaljšana gred iz istega motorja(motorjev), ki poganja(jo) tudi glavni rotor.
Ob že omenjenih gibanjih v vseh smereh, največja prednost pri tem sta vertikalen dvig in/ali spust, pa ima helikopter še eno bistveno prednost pred vsemi letalniki: lebdenje v zraku. In med tem lebdenjem lahko pilot obrača helikopter okoli svoje navpičnice in si tako ogleduje vse okoli sebe.
Osnovna vzgonska površina helikopterja je glavni rotor, pravzaprav bi krake glavnega rotorja lahko primerjali kar s krili, ki se vrtijo. Predstavljamo si lahko krili (ali več), pritrjeni na osrednjo gred , ki se vrti. Vse skupaj podobno ventilatorju pod stropom. Vrteči kraki rotorja so aerodinamično zasnovani enako kot krila letala. Z izjemo, da so kraki helikopterskega rotorja pač tanjši in ožji, saj se morajo vrteti zelo hitro. Torej je v tem primeru vrteče helikoptersko krilo imenovano preprosto glavni rotor. In ko temu glavnemu rotorju dodamo potem samo še vpadni kot posameznih krakov (kril) in poženemo gred v vrtenje, že začne nastajati potreben vzgon za letenje.
Glavni rotor je tudi sicer najpomembnejši del letalnika – helikopterja, saj zagotavlja za letenje potrebni vzgon, ravno tako pa so potem pomembne še krmilne površine, s katerimi nadzoruje pilot gibanje – letenje, obračanje, menjavo višine ipd. Pri vrtenju krakov rotorja nastajajo seveda ogromne obremenitve, ki jih mora ta najpomembnejši sklop helikopterja vzdržati. Torej mora biti rotor izredno trden.
In kako držati helikopter v smeri, saj glavni rotor s svojim vrtenjem povzroča vrtilni moment, ki ga je potrebno izničiti, da bi se helikopter zaradi tega ne vrtel okoli navpične osi? Običajno in največkrat je to pri helikopterjih rešeno z repnim rotorjem, ki ustvarja potisk, ravno tako kot na primer letalski propeler. Prav ta potisk potem preprečuje vrtenje helikopterja. Z nožnimi pedali pilot spreminja korak repnega rotorja - potisk - in s tem spreminja smer helikopterja po navpični osi. Gre pravzaprav za rotor za uravnovešanje reakcije vrtilnega momenta, ki ga ustvari rotacija glavnega rotorja. Ponavadi je repni rotor, kar pove že ime, postavljen na repu helikopterja in ga poganja kar podaljšana gred iz istega motorja (motorjev), ki poganja tudi glavni rotor.
Smeri vrtenja rotorja in repnega rotorja ter vrtilnega momenta
Ta repni rotor je lahko tudi oplaščen, torej v nekakšnem kanalu. Učinek je enak, le da je oplaščeni rotor tišji, imenujejo pa ga fenestron. Prav lahko pa repni rotor nadomestijo z šobo za iztekajoče pline. Plini iztekajo v nasprotni smeri vrtilnega momenta in tako preprečujejo, da bi se trup (helikopter) zavrtel. Razvili so ga ameriški proizvajalci, sistem pa poimenovali NOTAR – brez repnega rotorja. Znana ameriška inovativna družba za proizvodnjo specialnih helikopterjev in tehnološko najbolj zahtevnih delov za letala Kaman je razvila tehnologijo dveh sinhronizirano nasproti vrtečih rotorjev, ki imata osi postavljeni pod kotom. Ob tej so konstruktorji zasnovali še več rešitev, ena sta na primer dva rotorja – koaksialna - na isti gredi, ki se vrtita v obratni smeri, kot na primer pri helikopterjih ruskega proizvajalca Kamov, ali pa sta rotorja vsak sebi na skrajnih delih trupa, prav tako pa se vrtita v obratni smeri. Takšno rešitev so uporabili med drugim pri helikopterju CH-47 chinook. Tudi pri namestitvi rotorjev na koncu kril, kot na primer pri konvertiplanu V-22, se rotorja vrtita v nasprotni smeri.
Pogonski sklop
Ta del helikopterja sestavljajo trije sklop:, bistveni je turbogredni motor, potem še reduktor in transmisije.
Turbogredni motorji so pravzaprav tisti, ki so ustvarili helikopter kot varno in zanesljivo zračno-transportno sredstvo, batni motorji namreč niso dali želenih rezultatov iz več vzrokov, bistveni pa je bil dosti večja poraba goriva, s tem pa primerno krajši dolet, pa tudi velikost je bila za ustrezno enako moč bistveno večja pri batnih motorjih, kot je pri turbinskih.
Turbinski motor je pravzaprav podoben kot pri turbopropelerskih motorjih, pripada praktično isti družini. Običajno ga sestavljata enogredni sistem in prosta turbina (prosta zato, ker gre večji del energije na prosto turbino, ki ni mehansko povezana s turbino za pogon kompresorja), glavni deli pa so dovodnik (zajemnik) zraka , kompresor, zgorevalna komora, turbina, prosta turbina, izpušni sistem, ohišje pogona motorja in reduktor motorja. Dva, lahko bi rekli ravno tako pomembna podsistema, pa sta naprava za zagon motorja in podmazovalna naprava.
Zajemnik-dovodnik zraka je profiliran kanal na prednji strani, skozi katerega se uvaja zrak v kompresor, pri tem konstruktorji motorja poskrbijo, da so izgube čim manjše in zračni tok čim manj moten zaradi stabilnosti tokovnega polja pred komresorjem. Pri velikih hitrostih deluje ta dovodnik zraka kot difuzor v katerem se kinetična energija zraka pretvori v potencialno.
Zrak prihaja v motor skozi vstopnik zraka – profiliran kanal na sprednji strani Zrak potem prehaja v kompresor pri čemer konstruktorji pri zasnovi poskrbijo, da so izgube pri tem karseda majhne in je zračni tok čim manj moten, saj to vpliva na stabilnost tokovnega polja pred kompresorjem. Ta dovodnik zraka hkrati funkcionira kot difuzor, v njem pa se kinetična energija pretvarja v potencialno. Tako stabilen in enakomeren (tok) zraka gre potem v kompresor, bodisi aksialen ali pa centrifugalen (eno ali več stopenjski, pri sodobnih turbogrednih motorjih so kompresorji večinoma večstopenjski), tako stisnjen in že segret zrak gre potem v zgorevalno komoro, v kateri se mu vbrizga še gorivo. Ta zmes goriva in skomprimiranega in segretega zraka se potem vžge in prav nastali produkt zgorevanja potem zagotavljajo potrebno energijo za pogon turbinskega dela motorja, pomožnih pogonskih enot, kot so črpalke in generatorji, zatem pri turbopropelerskem motorju propelerja in v našem primeru namesto tega rotorja. Turbina motorja je preko gredi povezana z kompresorjem, ki z vrtenjem zagotavlja nov zrak in opisani delovni proces se tako ponavlja.
Kadar turbina reakcijskega motorja ne ustvarja potisnega curka ali ne poganja vijaka, temveč rotor helikopterja, imenujemo tak motor turbogredni. Tudi v tem primeru pa mora biti turbinska gred preko reduktorja povezana z rotorjem, da tako zagotovi manjše vrtljaje. Motorji so konstruirani tako, da se večina energije, ki se sprosti v zgorevalni komori, porabi za vrtenje turbine. Izpušni plini zato ob izstopu iz motorja nimajo velike kinetične energije. Prav to dejstvo zagotavlja tem motorjem precej nizko raven hrupnosti.
V ohišju motorja je potem še vrsta različnih naprav, agregatov in napeljav.
Pomemben sklop je seveda reduktor motorja, ki zreducira število vrtljajev na ustrezno raven ali da zmanjšajo smer vrtenja. Turbogredni motorji dosegajo vrtljaje vse od nekaj tisoč pa celo nad 25.000 obratov v minuti, kar je seveda preveč za rotorje in druge gibljive dele, zato je potrebno te vrtljaje zmanjšati. Tako na primer reduktor v turbogrednem motorju helikopterja SA 332 super puma zmanjša število vrtljajev motorja z 22.800 na 265 min-1 za glavni rotor in na 1279 min-1. Glavni reduktor je jasno tisti, ki zreducira število vrtljajev turbine na želeni število vrtljajev glavnega rotorja; obenem pa prenaša vrtljaje še na reduktor repnega rotorja, poleg tega pa zagotavlja še pogon črpalk za olje in hidravličnega bloka. Stopnja reduciranja obratov znaša v navedenem primeru pri super pumi približno 86 :1 za glavni rotor, za repnega 18 : 1.
Transmisija
Transmisija je namenjena prenosu moči motorja na glavni rotor, pa tudi repni rotor, pa tudi za pogon različnih agregatov in naprav. Tako se transmisije tudi imenujejo po teh sklopih.
Gorivni sistem sestavljajo gorivni rezervoarji, črpalke za gorivo, filtri, vodi, oddušni vodi in čep za natakanje goriva. Ta sistem je v helikopterjih bistveno preprostejši kot pri letalih, saj so gorivni rezervoarji nameščeni večinoma vzdolž vzdolžne osi helikopterja, pa tudi količina je precej manjša kot običajno v letalu. Vojaški helikoppterji imajo običajno od 3 do 5 gorivnih rezervoarjev, so pa tudi izjeme s samo enim, na primer SA 341 gazelle, ki ima dva.
Avtorotacija
Ko govorimo o pogonu in njegovih sklopih, moramo reči še nekaj o tem, kako se obnaša helikopter v primeru odpovedi motorja. V tem primeru se ne bo preprosto zrušil. Pilot s kolektivno ročico takoj pomakne krake rotorja na majhne vpadne kote (na nož) kar jim zagotavlja avtorotacijo - samovrtenje zaradi zraka, skozi katerega potuje. To helikopterju tudi zagotavlja potreben vzgon, ki pa nikakor ni dovolj velik za zagotovitev horizontalnega leta, omogoča pa kolikor toliko varno prizemljitev. Je pa res, da na primer v primeru odpovedi motorja med lebdenjem na višinah med 10 in 250 m rotor ne dobi potrebne hitrosti vrtenja in zato na teh višinah lebdenje ni priporočljivo. Ima pa vsak helikopter, glede na svojo maso in ostale lastnosti, predpisano število vrtljajev rotorja za takšne primere in pilot se ravna po teh predpisanih vrednostih.
Elektronska oprema
Eden najpomembnejših sklopov helikopterja je elektronska oprema, znotraj te pa navigacijski sistemi. Teh sta dve vrsti, najprej sredstva za določanje položaja helikopterja v letu ali lebdenju na osnovi signalov, ki so zunaj helikopterja, in avtonomna sredstva, ki so v helikopterju.
Osnovna navigacijska sredstva so radijski kompas, radio-goniometer, usmerjeni radijski svetilniki (VOR,TACAN,ILS), hiperbolična navigacijska sredstev (npr. LORAN), taktična navigacijska sredstva (TACAN) in radarska navigacijska sredstva (slednja se delijo potem na helikopterske dopplerske radarje, radarske radijske višinomere) ter na koncu najsodobnejša, satelitska navigacijska sredstva, kot je na primer GPS.
Vsak helikopter je načeloma opremljen s po dvema radijskima sprejemnikoma-oddajnikoma, radijskim kompasom, giroskopski kompas, radijski višinomer, iterfon in oprema za instrumentalno letenje. Seveda imajo zapletenejšo opremo vojaški in nasploh bojni helikopterji. Predvsem na primer so z navigacijskimi sredstvi dobro opremljeni helikopterji za delovanje nad morjem, manj zapletene navigacijske opreme je v helikopterjih za taktični transport in logistiko.
Posebna oprema
Helikopter je bil nekdaj tipično sredstvo za uporabo zgolj podnevi ali ob zelo svetli noči. Zelo oteženo je bilo že letenje podnevi ob slabem vremenu, sploh pilotom vojaškim helikopterjem, ki potrebujejo zaradi specifičnega načina letenja tik nad tlemi in v zavetju ovir. Vse to je seveda zahtevalo čim boljšo vidljivost, to pa so v skrajnih razmerah omogočile šele naprave, kot je nočnogled, pa tudi sklop in kombinacija drugih naprav in senzorjev, ki podajajo podatke potem na večfunkcionalne zaslone v pilotski kabini, naposled pa tudi že na vizir pilotove čelade.
V času elektrooptičnih naprav druge generacije, so piloti lahko z nočnogledi komajda opazili daljnovode in druge, na primer telefonske vode, pa z zdajšnjimi napravami lahko mirno letijo kjerkoli. Kljub temu je tako, predvsem zelo nizko letenje še vedno zelo zahtevno. Od pilota zahteva poznavanje zemljišča, predvsem pa kondicioniranje, torej redno letenje v nočnih in drugih skrajnih pogojih.
Seveda pa današnja tehnologija že ponuja vrsto naprav tudi za nočno letenje in celo nočno bojno delovanje s helikopterji. V poštev pride seveda predvsem v vojaškem, spektru, morda do določene mere še v iskalno-reševalnem.
Od civilnih helikopterjev, in pa tistih za bolj splošno rabo,se zelo razlikujejo bojni helikopterji in pa vgrajena oprema v njih. Gre predvsem za namerilni sklop opreme, ki je v zadnjih desetletjih zelo napredoval. Ti bojni helikopterji imajo v nosu ali na »jamboru« nad gredjo rotorja ali nad pilotsko kabino vgrajene, posebne kupole v katerih je cela vrsta opazovalno-namerilnih naprav, od IR do TV ter drugih senzorjev. Najsodobnejša in najfunkcionalnejša naprava je FLIR - IR naprava za opazovanje prednje polsfere,. Gre za sklop naprav, med njimi je termovizijska kamera, tako v opazovalni kot namerilni funkciji. Naslednji element tega sklopa je radar, zatem radijski ojačevalnik ter računalnik za obdelavo video signala. Vse te od senzorjev pridobljene podatke pilot prebira z večfunkcionalnih zaslonov v kabini, lahko pa mu poseben sistem te podatke generira na zaslon na vizirju čelade ali na zaslon pred vetrobranskim steklom – HUD.
Za vojaške helikopterje so prav zaradi nizkega ali nočnega letenja ter letenja v najslabših razmerah zelo priporočljive naprave, ki pilota opozarjajo na ovire. Običajno gre za manjšo napravo – helikopterski radar, ki odkriva ovire in jih posreduje na zaslon v kabini ali na pilotov vizir. Senzor odkrije oviro in posreduje podatek, ko je ovira oddaljena še cel km ali nekaj manj. Takšen radar opazi 3 mm debelo žico v razdalji nad 600 m, debelejšo, 14 mm, pa na 900 m. V povezavi z drugimi senzorji in napravami dobiva pilot jasno sliko nevarnosti, v večini primerov pa tudi zvočno opozorilo.
Seveda bi lahko našteli še veliko sistemov, ki jih vgrajujejo v današnje helikopterje, vse od sistemov za reševanje posadk v morebitni nesreči do sistemov za javljanje nevarnosti trčenja v zraku, pa sistemov za protielektronsko zaščito. Večina bojnih helikopterjev ima tudi oklepno zaščito, največkrat jo predstavljajo jeklene plošče ali plošče iz kompozitnih predvsem ogljikovih materialov. S to zaščito varujejo člane posadke pred strelivom vsaj kalibrov osebnih orožij, pa vse tja do kalibra 23 mm. Pilot ima običajno zaščiten sedež, tako da sta njegovo telo in glava varna pred kroglami iz lahkega pehotnega orožja. Zaščiteni pa so tudi nekateri vitalni deli helikopterja, od na primer gorivnih rezervoarjev (so iz samozalepne gume) do motorjev in elektronskih sklopov. Zajemniki zraka so prav tako v dosti primerih zaščite s posebno mrežo, ki preprečuje vstop prašnim delcem.
Oborožitev
Posebno poglavje predstavlja oborožitev helikopterjev. Slednja je nekje, preprosto rečeno, med pehotno in letalsko. Zasledili boste tako vgrajene mitraljeze kalibrov od 7,62 mm navzgor, do topov kalibra 30 mm in vodljivih ter nevodljivih raket.
Ti raketni izstrelki so bili najprej protioklepni, zdaj se jim vse bolj pogosto pridružujejo izstrelki zrak-zrak za obrambo pred nasprotnikovimi helikopterji ali letali. Pri protioklepnih izstrelkih jih večina izhaja iz kopenskih sistemov, takšna sta na primer TOW in HOTR, oba povrhu vsega še kompatibilna z kopenskimi sistemi. To precej poenostavi oskrbo, saj se helikopter med kratkim postankom lahko oboroži kar s kopenskimi verzijami teh izstrelkov.
Rakete zrak-zrak izhajajo iz letalskih sistemov, na primer AIM-9 sidewinder ali Matra mistral, prav lahko pa izhajajo tudi iz sistemov zemlja-zrak. Naštejemo lahko primere, kot so stinger, igla in drugi, ki jih strelci običajno izstreljujejo z ramena.
Zaradi letalnih lastnosti predstavljajo na helikopterjih zelo učinkovito orožje nevodljive rakete, uporabljajo jih zelo na široko. Na helikopterje, večje in zmogljivejše, pa v nekaterih primerih, čeprav redko, pripenjajo tudi bombe s celo 500 kg.
Pomembno in zelo učinkovito orožje helikopterjev so protiladijski izstrelki, namenjeni uničevanju površinskih plovil, in pa torpedi za protipodmorniški boj.
Nad morjem uporabljajo še dve vrsti posebnih helikopterjev, prvi so opremljeni s sonarji za iskanje in odkrivanje ter slednje podmornic (ti ponavadi tudi nosijo protipodmorniško orožje), naslednji pa so tako imenovani minolovci z (elektromagnetnimi in drugimi) napravami za razminiranje.
Helikopterska prihodnost
O tej je tudi veliko govora, nekaj primerov pa smo tudi podrobneje opisali. Med vojaškimi helikopterji jo vsekakor predstavlja RAH-66 (program je bil ukinjen), bojni izvidnik z uporabo tehnologije slabe radarske opaznosti pri konstruiranju in vseh prednosti, ki jih sicer helikopter nudi: torej vertikalnim manevrom, veliko okretnostjo in hitrostjo. Med transportnimi helikopterji je takšen predstavnik sodobne usmeritve evropski NH90, zagotovo helikopter za prihodnja desetletja z rešitvami, ki se bodo zagotovo uveljavile tudi nasploh v konstrukciji transportnih helikopterjev.
Prihodnost je morda, tu ne moremo biti več tako zanesljivi, v konvertiplanih, če bodo le uspeli preseči nekaj tehničnih pomanjkljivosti, ki so botrovale več nesrečam med preizkušanji V-22. Zagotovo bo vse več elektronike v opremi, kar po eni stani olajšuje delo pilotom, po drugi strani pa zapleta vzdrževalcem, kajti integracija vse opreme, vseh sklopov, senzorjev in celotne elektronike v enovit sistem postaja precej zapletena. Sploh pri današnji veliki konkurenčni ponudbi, ko se proizvajalci s tako imenovanim »Costumizingom« trudijo zadovoljiti prav vsaki kupčevi želji in zahtevi, končni rezultat pa so serije praktično povsem različnih helikopterjev, čeprav so vsi istega tipa in celo z enakimi oznakami. Vse to na račun vgradnje opreme in sistemov po željah njegovega veličanstva današnjega dne : kupca.