De nombreuses personnes connaissent bien les aérofoils. C’est tout simplement une autre façon de qualifier les ailes (comme par exemple celles d’un avion). Un hydrofoil est une aile qui « vole » dans l’eau. Le mot hydrofoil qualifie également les bateaux utilisant ce type d’aile aquatique. Un bateau à hydrofoil a deux modes de fonctionnement :

1 – D’abord, comme un bateau classique avec la coque déplaçant l’eau.
2 – Ensuite, la coque totalement hors de l’eau avec seulement les foils immergés.

Les hydrofoils permettent au bateau d’aller plus vite en maintenant la coque hors de l’eau. Lorsqu’un bateau classique avance, la plus grande partie de l’énergie dépensée est utilisée à déplacer l’eau devant le bateau (en poussant la coque à travers la masse d’eau). Les hydrofoils soulèvent la coque hors de l’eau si bien qu’il n’y a plus qu’à vaincre la traînée des foils au lieu de celle de la coque.

Les foils d’un bateau à hydrofoils sont beaucoup plus petits que les ailes d’un avion. Ceci est dû au fait que l’eau est environ 1000 fois plus dense que l’air. Cette plus grande densité permet également au foil de soulever le bateau hors de l’eau pour des vitesses beaucoup plus faibles que celles d’un avion.

Les hydrofoils ne génèrent une portance que lorsqu’ils sont dans l’eau ; s’ils quittent l’eau, le bateau va s’affaisser (et ainsi les foils vont être de nouveau immergés) jusqu’à ce que les foils génèrent une portance suffisante pour remonter le bateau.

Comme un avion, un hydrofoil doit être contrôlable au niveau de l’assiette, du roulis et du cap. Contrairement à un avion, un hydrofoil doit également être maintenu  à une certaine profondeur. Si un avion peut évoluer dans une plage d’altitude d’environ 40.000 pieds (12.192 m), un hydrofoil est limité par la longueur des supports qui relient le bateau aux foils.

La plupart des hydrofoils commerciaux sont des bateaux avec des foils à paliers (ailes fixées l’une au dessus de l’autre à une certaine distance l’une de l’autre). Cette configuration est analogue à celle des avions biplan. Mais la raison pour laquelle on dispose ainsi les hydrofoils n’est pas la même que celle qui amène à superposer deux ailes sur un avion.

Les foils en paliers permettent un meilleur contrôle du bateau lorsque l’eau n’est pas plate. Si le bateau « vole » à travers les vagues, les ailes vont générer de la portance uniquement au niveau des crêtes ; lorsque le bateau atteint un creux, les ailes quittent l’eau et le bateau s’affaisse. Lorsqu'un empilage de foils se déplace dans les vagues, il y aura toujours quelques foils immergés, même si certains quittent l’eau (sauf si les vagues sont vraiment très grosses).

Deux problèmes particulièrement importants se posent aux concepteurs d’hydrofoils:

La cavitation et la ventilation.
La ventilation apparaît lorsque une partie d’un hydrofoil traverse la surface de l’eau et que l’air est aspiré autour de la surface portante du foil. Comme l’air est beaucoup moins dense que l’eau, le foil génère beaucoup moins de portance et le bateau s’affaisse. La ventilation peut apparaître à n’importe quel endroit de l’interface air/eau.
 

La cavitation intervient lorsque la pression de l’eau est en dessous du point pour lequel l’eau commence à se vaporiser. Ceci arrive fréquemment  avec les hélices. Lorsqu’une hélice tourne assez vite, les pales génèrent beaucoup de portance.(la pression au niveau des surfaces portantes chute) De ce fait, le flux d’eau autour des pales de l’hélice commence à se vaporiser. Lorsque la cavitation apparaît le foil ne génère plus assez de portance et le bateau s’affaisse.
 

Il est à noter qu’un hydrofoil n’est pas un Hovercraft. Les hydrofoils volent sur des ailes subaquatiques qui génèrent de la portance alors que l’hovercraft flotte au dessus de l’eau sur une couche d’air. Dans les deux cas la coque du bateau quitte l’eau mais les mécanismes par lesquels ce résultat est obtenu sont complètement différents.