L’aérodynamique des hélicoptères implique une interaction complexe entre la gravité, la poussée et les forces directionnelles qui en font des avions très maniables, mais aussi beaucoup plus inefficaces que les avions traditionnels, ainsi qu’une vitesse maximale inférieure et une portée plus courte. Les forces tridirectionnelles de lacet, de tangage et de roulis doivent être prises en compte à tout moment lorsqu’un hélicoptère est en vol. Il fonctionne également sur des principes aérodynamiques uniques contrôlés par le disque du rotor principal, le rotor de queue et les effets de translation ou de sol dus à son mouvement vers l’avant et aux changements de poussée à l’approche des terres ou des bâtiments.
Bien que les principes de vol de la plupart des hélicoptères soient bien connus du public concernant les décollages verticaux, le vol stationnaire et les mouvements latéraux pendant le vol, ce n’est pas la limite des caractéristiques de performance d’un hélicoptère. Le disque du rotor principal d’un hélicoptère peut être incliné dans n’importe quelle direction. L’incliner vers l’avant réduira la poussée vers le bas et fournira un élan vers l’avant. Le rotor peut également être incliné vers le côté ou vers l’arrière du corps principal de l’hélicoptère, cependant, ce qui permet au véhicule d’augmenter la vitesse à un angle ou de se déplacer en marche arrière.
Cette caractéristique du mécanisme de poussée principal dans un hélicoptère rend la compréhension des caractéristiques de lacet, de tangage et de roulis plus importante dans l’aérodynamique de l’hélicoptère qu’on ne peut l’imaginer au départ. Le lacet est un mouvement vers la gauche ou vers la droite qui est souvent accompagné d’un tangage, qui est un mouvement vers le haut et vers le bas. Le roulis est une combinaison de lacet et de tangage, où un hélicoptère s’éloigne de sa direction de vol principale en roulant vers le haut ou vers le bas vers la gauche ou la droite, qui sont tous directement affectés par l’inclinaison de la pale de rotor elle-même ainsi que la quantité de puissance appliquée à la lame.
Aucune de ces manœuvres n’est cependant possible sans les effets tandem du rotor de queue. Le contrôle de l’angle et de la poussée du disque du rotor principal est effectué par un cyclique portable, ou bâton, tandis que le niveau de rotation ou de couple du rotor de queue est contrôlé par des pédales. Le rotor de queue contrecarre directement la rotation du corps de l’hélicoptère, qui, autrement, tournerait hors de contrôle pour correspondre à la rotation du rotor principal. L’augmentation ou la diminution de la vitesse du rotor de queue à l’aide des pédales permettra à l’hélicoptère de changer la direction dans laquelle il fait face pendant le vol. Cela se fait le plus souvent lors des décollages et des atterrissages, car, une fois que le véhicule a un mouvement vers l’avant significatif, les changements de direction sont effectués en utilisant les principes aérodynamiques de l’hélicoptère de roulis et de tangage. Pour cette raison, la plupart des hélicoptères ne sont pas équipés de volets de queue à l’extrémité de la queue pour contrôler la direction, car ils ne sont pas nécessaires.
Les autres forces aérodynamiques majeures affectant les hélicoptères en vol sont celles de la portance en translation et des effets de sol. Une pale de rotor d’hélicoptère est similaire à une hélice sur un aéronef à voilure fixe, mais plus plate et flexible, où elle est conçue pour pousser l’air hors du chemin lorsqu’elle tourne au lieu de la tirer à travers. Au fur et à mesure que le véhicule avance et prend de la vitesse, l’air devient moins turbulent autour du corps et du rotor, ce qui permet de produire une meilleure portance grâce à l’aérodynamique de translation qui crée une sorte d’inertie vers l’avant pour le véhicule.
L’effet de sol est à l’opposé de cela, et est un effet répulsif ressenti lorsque le véhicule s’approche de la terre. Lorsque la poussée descendante frappe une surface solide, elle crée une poussée ascendante accrue qui doit être compensée. Cela peut également se produire en vol si l’hélicoptère passe à proximité d’un bâtiment ou d’un autre obstacle solide.
Le rotor principal utilisé pour l’aérodynamique des hélicoptères doit subir diverses forces concurrentes en vol. L’aérodynamique moderne des hélicoptères doit tenir compte de la dissymétrie de la portance par l’utilisation du battement des pales. Au fur et à mesure que le véhicule avance, la pale de rotor se tord pendant le mouvement pour s’adapter à des effets de portance plus importants générés à l’avant de la pale qu’à l’arrière, ce qui peut faire rouler l’hélicoptère. Le battement de la lame est utilisé pour compenser cela en créant une pale de rotor flexible qui se plie vers le haut au bord d’attaque et vers le bas au bord de fuite. Cela égalise les forces de portance, et une telle flexibilité est visible dans les hélicoptères en stationnement où le rotor s’affaisse vers le bas au bord.
La complexité de l’aérodynamique des hélicoptères leur permet également d’atterrir en toute sécurité en cas de perte de pleine puissance du rotor. Contrairement à l’hypothèse populaire selon laquelle un hélicoptère tomberait comme un rocher avec une perte de puissance, la forme du véhicule et la pale de rotor toujours en rotation lui permettent d’effectuer une manœuvre d’autorotation en cas d’urgence, également appelée plané. La descente du véhicule entraîne en fait le rotor à une vitesse maintenue ou augmentée lorsque le système d’embrayage est désengagé, ce qui permet au rotor de tourner librement et d’atterrir le véhicule à une vitesse plus rapide que la normale, mais sûre.