翼とは、流体中に適切な迎角で置かれた際に、揚力(流体の流れに垂直に発生する力)が抗力(流体の流れに平行に発生する力)よりも大幅に大きくなるような形状の固体物体である。流体が気体の場合、翼は翼型(エアフォイル)と呼ばれ、流体が水の場合、翼は水中翼(ハイドロフォイル)と呼ばれる。

翼は主にその形状と迎角によって揚力を発生させます。適切な角度で配置された翼は、流れてくる流体を偏向させ、偏向方向とは逆の方向に翼に力を及ぼします。この力は、揚力と抗力の2つの成分に分解できます。翼の近傍で流体が「回転」すると、湾曲した流線が形成され、片側で圧力が低く、もう片側で圧力が高くなります。この圧力差は、ベルヌーイの原理により速度差を伴うため、揚力を発生させる翼の場合、翼の周りの流場は、片面の平均速度がもう片面よりも高くなります。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
流体が非圧縮性の場合に適用できる簡略化されたナビエ・ストークス方程式によって、流れ場のより詳細な記述が与えられます。また、低速での空気の圧縮性の影響は無視できるため、これらの簡略化された方程式は、気流が音速よりかなり小さい限り(マッハ約0.3まで)、翼型に使用できます。[ 5 ] [ 6 ] Faltinsenによると、高速の水中翼では、約50ノット(26 m/s)のオーダーで、 [ 7 ]キャビテーションとベンチレーション(水面から翼に向かって支柱に沿って空気が侵入する)が発生する可能性があります。これらの両方の効果は、翼の揚力に大きな影響を与える可能性があります。
最も単純なタイプの翼は平板です。流れに対してある角度(迎角)で設置すると、平板の上と下を通過する流体を偏向させ、この偏向によって平板に揚力が発生します。しかし、揚力は発生するものの、大きな抗力も発生します。[ 8 ]
平板でも揚力を発生させることができるため、翼型設計における重要な要素は抗力の最小化である。その例として、ボートや航空機の舵が挙げられる。舵を設計する際の重要な設計要素は、中立位置での抗力の最小化であり、これは機体を適切な速度で旋回させるのに十分な揚力を発生させる必要性とバランスが取れている。 [ 9 ]
空気中や水中で見られる、自然および人工の他のタイプの翼には、揚力誘起抗力、流れの剥離、失速の発生を遅らせたり制御したりする特徴があります(鳥の飛行、フィン、翼型、プラコイドスケール、結節、渦発生器、カナード(密結合)、ブローングフラップ、前縁スロット、前縁スラットを参照)。また、翼端渦(ウィングレットを参照)もあります。
翼が持ち上げられる重量は、揚力係数、流体の密度、翼面積、および速度の二乗に比例します。以下は、異なる高度と水深で 10 m/s の速度で移動する、幅 10 メートル、面積 10 平方メートルの平板の揚力を示しています。高度 11 km での揚力を基準として、高度の低下 (空気密度の増加) に揚力がどのように増加するかを示しています。また、地面効果の影響、そして空気から水への密度の増加の影響も示しています。[ 10 ]
標高11km地点:リフト1.0(比較のための基準点) 5メートル 3.4 地面効果4.1 水面滑走 1,280 ちょうど水没した1,420 水深5m 2,840 10 km 2,860