1903 年，人类第一架飞机问世 。但此后数年间，这种人类科技发展的重要成果，却并没有象历史上大多数科技发明一样被很快应用于军事领域。除了少数思维敏锐的先驱者一直在坚持不懈地进行各种尝试外，对于这种将在今后百年间改变人类历史的先进机械，大多数国家的陆军表现出令人诧异的麻木。
1903 年 12 月 17 日由约翰·Daniels 拍摄的历史性瞬间相片！莱特兄弟发明了飞机
1911 年，在意大利与利比亚的战争中，根据朱利奥·杜黑的设想，飞机首次作为军用装备投入使用。10 月 23 日，上尉卡洛·皮亚扎驾机完成首次侦察飞行。11 月 1 日，朱利奥·朱多蒂少尉使用 4 枚 2 公斤炸弹轰炸了敌军阵地，这是航空史上首次空袭。但是，意大利军方的这次尝试，并未引起其它国家的重视。这在很大程度上是传统惯性思维所致。例如，福熙元帅，这位法国高级军事学院院长、第一次世界大战协约国军总司令，就曾说过一段名言——“飞机是一种有趣的玩具，但毫无军事价值。”——他说这话的时候正在第一次世界大战前，飞机大规模投入军事应用的前夜。
朱利奥·杜黑
尽管军方出于对昔日经验和辉煌的迷恋，使得飞机军用化走了几年的弯路，但随着 1914 年 8 月第一次世界大战爆发，一切都改变了。
初露峥嵘——一战期间的军机发展和技术进步
一战开始之初，各国都只有少数简陋的飞机装备部队。由于军方的偏见，错过了军机发展的时机，这时装备部队的只是一些具有辅助军事用途的非作战飞机，只能完成有限的功能，如近距侦察等。
频繁的侦察导致空中遭遇的次数的增多，飞行员们不满足于只是在空中挥挥拳头，尽其所能将各种攻击性武器搬上飞机，拉开了大规模空中作战的序幕。当然，这一阶段飞机上所装用的武器五花八门，完全是凭着飞行员的想象力和喜好，钩子、标枪、步兵用的步枪、机枪等应有尽有。当然，这样的装备作战效能极其有限，而日益严峻的空中形势却使得各国航空兵迫切需要一种可以在空中有效作战的机种。这时候，军用飞机的一个重要机种——战斗机已经呼之欲出了。
随着时间的推移，各国航空兵部队装备、技战术的发展，机枪取代了早期飞机上那些基极富个人色彩的“攻击武器”。但螺旋桨旋转桨面却成为机枪射击的一个重大障碍。当时的解决措施有两种，一是将机枪装在机翼上方，避开螺旋桨旋转桨面，如法国纽波特股份有限公司研制的纽波特 11 双翼战斗机就在上翼面上安装一挺纵向固定布置的机枪；另一种是采用推进式螺旋桨布局，典型的如英国的维克斯 F.B.5。但是第一种措施不利于飞行员瞄准射击，第二种则由于布局固有缺陷而严重影响飞机性能。因此，这些飞机虽然装备了机枪，用于空中作战，但还算不上真正的战斗机。
纽波特 11 双翼战斗机
维克斯 F.B.5
公认的第一种真正的战斗机是法国的莫拉纳·索尔尼埃 L。这种飞机并不是第一种装备机枪的飞机，但由于法国飞行员罗朗·加罗斯发明的“偏转片系统”——在螺旋桨叶片上加装钢板，将打到上面的弹头偏转出去——从而使得在机身上安装固定同轴机枪成为可能，大大简化了飞行员的瞄准和操纵，从而使这种飞机够资格成为真正的战斗机 。利用这种装置，罗朗·加罗斯在 1915 年 4 月 1 日击落一架德国武装侦察机。但加罗斯在带给协约国希望之后，又把机会留给了德国人——他在 4 月 18 日迫降被俘，德国人在研究了其座机上的“偏转片系统”后，发现缺点相当明显，加装偏转片后螺旋桨性能下降，同时偏转的弹头也有可能反弹回来击伤发动机。于是荷兰人安东尼·福克出场，发明了“机枪射击协调器”，大大改善了飞机火力和安全性。协调器被装上了福克 E.3 战斗机，著名的“福克式的灾难”降临到协约国空军头上。军用航空史上新的一页开始了。
莫拉纳·索尔尼埃 L
偏转片系统
从这时起，战斗机开始被视作一种决定性的武器，对于夺取空中优势具有至关重要的影响。一种优秀的战斗机成为各国航空兵部队梦寐以求的装备。军事上的需求促进了技术的飞速进步。各种新型战斗机如雨后春笋般纷纷涌现，碧空中上演了一幕航空版的“适者生存”。到了 1918 年大战结束的时候，典型的战斗机已经和 1914 年开战之初的辅助军用飞机完全不同了。无论是气动设计、结构、发动机、飞机性能等，都有了显著的进步：1914 年的典型军用飞机，发动机功率在 100 马力左右，
包括直列式发动机（以德国为代表）和转缸式发动机（以法国为代表）两大类；推进方式主要包括前置螺旋桨牵引和后置螺旋桨推进两种类型；速度大约在110～120公里/时之间；升限 3,000～4,000 米。而到了 1918 年，一架典型的战斗机，发动机功率提高到 220 马力左右，以直列式发动机为主，转缸式发动机则逐渐退出航空舞台；采用牵引式螺旋桨布局；飞行速度提高到 200 公里/时左右，升限 5,000～6,000 米，装备具有射击协调器的机枪。
1912 年的安东尼·福克
机枪射击协调器示意图
然而，战斗机毕竟只是防御性武器。有了优秀的战斗机，只相当于有了一面坚固的盾牌。夺取了制空权不等于能发扬制空权。而后一个任务，则是由军用飞机中的攻击性机种（如攻击机、轰炸机）来完成的。
随着军用飞机性能的提高，拓展其用途是必然的选择。一战战况日趋激烈，各国军方已经不满足于将军用飞机仅仅用于执行战术任务。
在“总体战”的战略思想下，军方迫切需要一种能够在夺取了制空权后，对敌纵深目标实施重大打击，削弱敌战争潜力的空中兵器。然而，空战、空中侦察、必要时的低空扫射，几乎已经是当时战斗机所能执行的任务的极限。在这种形势下，另一个全新的机种——轰炸机应运而生。1915 年，在俄罗斯－波罗的海铁路工厂诞生了一架 4 发大型双翼飞机，这就是后来所有轰炸机的鼻祖——“伊利亚·穆罗梅茨”V。该机所用的“日光”8 液冷发动机功率只有 150 马力，最大速度 121 公里/时，载弹量 522 公斤。以今天的目光看，该机确实相当简陋，但相对于当时的战斗机而言，该机却具有载弹量大、续航时间长的优势，初步满足了军方的要求。该机的首次实战应用，就是用于攻击同盟国后方目标。之后，各个航空大国群起响应，意大利的卡普罗尼轰炸机、英国的汉德利·佩奇、德国的 A.E.G 哥达、弗里德里希沙芬等大型轰炸机相继出现，并很快用于对敌对国后方目标的攻击，以削弱对方战争潜力，这就是战略轰炸的起源。到了一战结束之时，轰炸机已经发展成为一个庞大而成熟的机种，性能明显提高。1918 年的轰炸机已经开始有了轻型和重型的分野，发动机通常为 2～4 台直列式液冷发动机（个别为气冷式发动机）；载弹量为 500 公斤～3,000 公斤以上（如英国的汉德利·佩奇 V/1500 轰炸机，载弹量达到惊人的 3,402 公斤！）；速度约 120～190 公里/时；升限 3,000 米以上（德国的哥达 G.V 达到 6,500 米，超过了当时的典型战斗机，惟载弹量小、航程短，是一型名不符实的“重型轰炸机”）。
伊利亚.穆罗麦茨V
哥达轰炸机多次轰炸英国，造成了所谓“哥达式灾难”
另一种攻击性机种——攻击机的问世比轰炸机稍晚。1915 年 12 月 5 日，第一种专用的对地攻击机容克 JI 在德国容克公司问世，它也是最早的全金属飞机。后来容克公司又发展了更先进的 CL.I～CL.IV 型攻击机。如 1918 年投产的 CL.I，由 JI 的双翼改为下单翼布局，采用 180 马力直列式液冷发动机，速度提高到 161 公里/时，升限达到 6,000 米，装备 3 挺机枪。在当时两来说，这样的性能是相当不错的。只是由于德国很快战败，容克公司发展攻击机的历程被暂时终止了。然而没有人想到，20 多年后，容克又研制出战术攻击机种的另一经典之作——Ju 87，在战场上大放异彩，这是后话了。
德国空军是 CAS 任务的始作俑者之一，图为容克制造的第一种专业对地攻击机容克 JI
一战期间的技术发展
翼型
一战之前，航空先驱者们尚未意识到翼型厚度对机翼结构的影响。当时的传统翼型是“上突下凹”型——做过简易飞机模型的朋友应该对此有较深的印象。然而在当时的技术和工艺条件下，这样的翼型在结构上是极其脆弱的。如果是单翼机，就需要大量的支柱、张线进行加强。因此，这时候的单翼机在升力、强度/重量等方面都比不上双/多翼机。这也是双翼机成为此后 20 年间设计主流的原因之一。到了 1912 年，RAF6 翼型出现，将翼型下表面设计为平直面，增大了翼型厚度，提高了机翼结构强度，成为一战期间飞机的主流翼型。
RAF6 翼型
静稳定度
在英国 BE.2C 飞机出现之前，早期的飞机都是静不稳定的。只是由于由于其速度较低，尚在飞行员直觉反应可以控制的范围内，所以并不需要复杂的操纵系统。而静不稳定却赋予了飞机求更好的敏捷性和机动性。因此，象 BE.2C 这样的“静稳定”飞机，很容易就成为德国福克式战斗机的盘中美餐，在当时实际上是不受欢迎的。但 BE.2C 作为改变飞机静稳定度的首次成功尝试，却有其积极意义。因为当时人们已经开始认识到，随着飞行速度的增大，静不稳定飞机将越来越难以控制。
BE.2C
副翼
作为飞机重要气动控制面之一的副翼，也是在一战期间逐渐发展的。当时的设计思想非常单纯：要滚转更快，副翼就要更大。但实际上，这种大型副翼偏转时严重破坏了翼型，使得滚转力矩并不如想象中那么大，却改变了飞机的阻力分布，使得飞行员压杆时，飞机首先产生偏航运动，然后才产生滚转运动。另一方面，大的副翼需要的横向操纵力矩也大。而当时的飞机往往在纵向和航向都是静不稳定的，操纵力矩极小。三轴控制力矩的不平衡，给飞行员操纵带来极大困难。以至于现代飞行员在飞过了号称一战最好的索普威恩“骆驼”式战斗机之后，感叹到：“如果‘骆驼’是一战时最好的飞机，那么请上帝帮帮那些驾驶最差飞机的飞行员吧。”
发动机
发动机也在一战期间获得了高速发展。在一战前，法国和德国是发动机研制方面的领头羊。其中法国在转缸式发动机方面取得了突出成就，而德国则在直列式液冷发动机方面处于领先地位。螺旋桨则主要采用德国人发明的分层木制结构。当时发动机发展的重点是提高功率重量比和可靠性。转缸式发动机散热效率高，重量轻，在一战前期得到迅速发展。但由于所有气缸绕轴旋转，会产生极大的陀螺力矩，严重影响飞机操纵。因此在一战后期逐渐销声匿迹。相反，相对笨重的直列式发动机，尽管存在局部过热问题，但却具有极大的发展潜力，最终超越了转缸式发动机，成为此后数十年间活塞式发动机的主流。
转缸式发动机
从沉寂到苏醒——军用飞机在“和平”假象下的艰难发展
随着一战的结束，原有的大批军机订单被取消，本来蓬勃发展的航空工业骤然间停滞下来，就象一列高速行驶的火车突然刹车，巨大的惯性足以将它自己撕得支离破碎。航空工业的规模急剧萎缩，飞机制造厂商大批裁员转产——象今天的航空工业巨头波音公司，在那个年代甚至不得不依靠生产家具来维持生存。经历了 4 年的痛苦振荡，航空工业才慢慢恢复正常。
随着和平年代的到来，经历了残酷战争的人们急于享受“和平红利”，军事航空力量大规模削减。
在当时的几个航空发达国家中：英国皇家空军的飞行中队在战后几个月内就从 188 个急剧减少至 33 个，其中只有一个部署在本土。另一个战胜国法国，尽管在战后仍保持了一支相对强大的空中力量，但由于太过信任国际联盟的制约力量，逐渐减少了对空军发展的支持，法国空军也日渐衰弱。作为航空发源地的美国，尽管在一战期间已经尝到了准备不足的苦头，但军界高层的思想实在是顽固到令人瞠目的地步，严重制约了美国军事航空力量的发展，直到第二次世界大战前，美国的军事航空部队都不是一支有效的战斗力量。
而对于战败的德国来说，尽管已经清楚地认识到空中力量对未来的作用，在战后迅速组建了自己的航空工业，然而凡尔赛和约的限制下，德国人不得不在民用航空的名义下建设自己的航空力量。相对而言，意大利的航空工业受停战的影响要小得多。原因之一是 1921 年朱里奥·杜黑《制空权》理论的发表引起了军方的浓厚兴趣。次年，墨索里尼上台，出于独裁统治的需要加速了扩军准备。此后意大利空军多次参与军事行动，但却阴差阳错地从中获得了错误的经验，反而阻碍了意大利航空工业的进一步发展，使之错过了发展的良好时机，此后逐渐落后，再也无法赶上其他航空发达国家。
只有日本和苏联致力于军事航空的发展，并取得了相当的成就，迅速缩短了与航空发达国家的技术差距。
事实上，在整个 20 年代，在一片和平的景象中，军用飞机几乎停止了发展。这一时期的典型战斗机和一战结束时相比并无本质差别，仍然是双翼构型为主，固定式起落架和敞开式座舱，只是性能有一定的提高而以。
能力过剩的航空工业厂商开始将目光转向民用。商业飞行的广阔前景和各类航空竞赛成为这个年代航空技术发展的主要动力。然而，军用飞机与民用飞机之间并无不可逾越的鸿沟，民用航空的飞速发展又反过来为军用航空储备了技术。大功率活塞发动机、金属螺旋桨、可收放式起落架、全金属结构、密封增压座舱、精密航空仪表等等，这些或为了商业目的、或为了竞赛目的而研究先进技术，最终都成功地应用到军用飞机上。后来军用飞机百花齐放的大发展时代，可以说与此时民用航空的进步是密不可分的。
进入 30 年代，军用航空 10 多年的沉寂终于被打破。人们吃惊地发现，原来在一片“和平”的假象下，竟然是潜潮暗涌，波谲云诡。德国人撕毁了凡尔赛和约，重新建立武装部队，加上其强烈的复仇心理，令几乎所有欧洲国家都感到了威胁。
随着战争阴云逐渐聚积，在整个20年代几乎停止发展的军用飞机利用这十几年来储备的技术，有了飞跃性的发展。1934 年，波音公司研制的 P-26“玩具枪”试飞。该机是第一架全金属单翼飞机（但仍然具有张线结构和固定式起落架），速度达到了 377 公里/时。很快，具有全金属悬臂式单翼结构、可收放起落架的飞机相继出现。自 30 年代中开始，人类航空进入了以单翼机为主的时代。
P-26 战斗机
1935 年，第三帝国空军后来的主力之一、著名的 Bf 109 首次试飞。1936 年，Bf 109 在柏林奥运会上公开亮相，以其优越的性能震惊世界——它比那些双翼战斗机如苏联 I-15、英国格罗斯特“角斗士”等先进了一代，也远胜于意大利菲亚特 C.R.32、苏联波利卡尔波夫 I-16 等单翼战斗机，甚至优于比它晚“出生”的法国莫拉纳·索尼埃尔 M.S.406、英国霍克“飓风”等诸多机种。英国则紧随德国 Bf 109 之后推出了新一代战斗机——“喷火”，这种后来成为英伦救星的著名战斗机，其前身正是为“施奈德”杯速度竞赛设计的 S.6B 水上飞机。这些新型战斗机的最大速度已经突破 500 公里/时。
Me109
除了战斗机之外，利用民用运输机的技术，轰炸机也取得了突破性进展。
1934 年，美国马丁 B-10 轰炸机服役。这是第一种采用悬臂式机翼、具有可收放起落架的轰炸机，其最大速度达到 343 公里/时，甚至超过了当时任何一种现役的战斗机。值得一提的是，中国空军后来轰炸东京，用的正是这种轰炸机的出口型。
马丁 B-10 轰炸机
在这期间，还诞生了另一种著名轰炸机，即在二战中发挥了重大作用的 B-17“空中堡垒”。该机实际上是应美国陆军航空队编号 98-1800 的“多发轰炸机”竞标通知而研制的。当时其它所有竞标厂商都将“多发”理解为“双发”，只有波音将其解释为“不限于双引擎”，从而决定研制 4 发大型轰炸机波音 299（军方编号 B-17），最终成就了一代名机。不过，有意思的是，B-17 在当时的竞争中却输给了道格拉斯的 B-18。只是由于其性能极其出色，美陆航在选择了 B-18 之后仍念念不忘，又再下了一份订单给波音，使得 B-17 免于夭折，最后成为二战期间的空中霸主。
德国上空的 B-17
总的来说，这一时期的军用飞机发展相对缓慢。然而，正如一战时军用飞机发展为这一时期的民用航空打下了基础一样，这一时期民用航空的飞速进步也为军用飞机的未来铺平了道路。经历了十多年的沉寂之后，军用飞机发展在 30 年代后期逐步加速，已经预示着一个大发展时代的来临。此后数年间，活塞式飞机将达到它最辉煌但也是最血腥的顶峰。
20 世纪 20～30 年代的技术发展
缝翼和开缝襟翼
早在 1917 年，英国的汉德利佩奇和德国的兰奇曼恩就分别独立发现了缝翼增升效应。通过在机翼前缘开缝，可以增大机翼的失速迎角和机翼最大升力系数。1927 年，缝翼首次在英国布里斯托尔战斗机上得到应用。当时这个设计主要是用于推迟翼尖失速、改善飞机的尾旋特性。后来德国 Bf 109 也采用了翼尖缝翼形式，取得了不错的效果，使得该机具有良好的低速机动性能。从 30 年代开始，后缘开缝式襟翼开始逐渐得到应用。这种襟翼和当时常用的简单襟翼相比，增升性能更好，有助于大幅改善飞机的起降性能。当然，结构复杂性和重量也相应增大了。
减阻研究
1924 年，研究人员试验发现了层流附面层。这种附面层摩擦阻力最小，正是设计人员期望达到的理想效果。但由于制造工艺上的限制——要求机翼绝对光滑，没有粗糙度和弯曲度，这一要求即使在今天也是难以实现的——理想化的层流附面层此后数十年间一直未能实现。
通过对飞机阻力的研究，当时的设计人员逐渐形成两个流派。一个以英国为代表，他们认为：为减阻所进行的改进工作，必然导致飞机重量的增大，从而抵消了减阻所带来的气动上的收益，因此减阻设计并无必要——这就是 20～30 年代英国飞机外形多凹凸不平，极其丑陋的原因。
另一派则以德、美为代表，其观点和英国人相反，设计上相当重视减阻，飞机具有流线外形，性能因此受益良多。阻力方面的另一个发现是翼－身气动干扰形成的干扰阻力。到 30 年代初，研究人员通过大量的试验发现，下单翼飞机可能具有最大的翼－身干扰阻力，可能引发稳定性和操作性方面的问题。
并可能引发稳定性和操作性方面的问题。不过，通过加装翼身整流罩之类的整流装置，可以大幅改善这个问题，加上下单翼布局在结构设计和气动方面的一些优点，使得这种布局在很长一段时间内都是主流布局。
“喷火”的翼身整流罩
推进系统发展
变矩金属螺旋桨是这一时期的重要成果之一。早在一战时期，人们就已经意识到了变矩螺旋桨在提高发动机功率和自身效率方面具有很大的潜力。但在金属螺旋桨问世之前，由于木制螺旋桨结构上的限制，使得变矩螺旋桨还停留在理论上。随着 1923 年金属螺旋桨进入实用阶段，变矩螺旋桨的需求开始日益迫切起来。这主要是当时民航机巡航速度大幅提高，传统定矩螺旋桨已经无法同时满足起飞和巡航的要求。1933 年，自动变矩螺旋桨首次在波音 247 运输机上得到应用，使其性能明显改善。
变矩金属螺旋桨示意图
发动机冷却系统则是另一项重要研究成果。事实上，固定气缸式发动机一向都有冷却方面的问题。一战期间的旋转气缸式发动机正是由于冷却效率高而独步一时。英国首先为气冷式发动机设计了环形发动机罩，在实现冷却的同时具有良好的减阻效应。接着美国又设计出自己的发动机罩，将发动机完全包裹在内，使得飞机具有更好的气动外形，后来又加装流量调节装置，具有更好的减阻效果。P-47、P-61 等二战名机都采用了这种发动机罩。
NACA 环形发动机罩
随着飞机飞行高度的增大，在这一时期还出现了发动机增压系统。这是为了提高飞机发动机高空性能而出现的先进技术。其用途是通过提高进入发动机的大气压力，从而提高相应条件下的发动机功率。这一技术的出现，为后来二战期间的高空作战奠定了基础。
结构演变
就飞机结构形式而言，这个时期可以说是变化相当剧烈的一个年代。20 年代中，当时典型飞机仍然是木布结构、双翼布局——甚至到了 30 年代初，对单翼机成见甚深的英国人仍然要求研制双翼机，只不过采用金属结构材料而已！但到了30年代中后期，当时的新型飞机就已经迅速过渡到全金属结构、悬臂式单翼布局。同时，金属应力蒙皮也开始在飞机上得到应用，其作用不仅仅是保证了良好的气动外形，还要承受一部分应力，这就是在今天的飞机上常见的全金属半硬壳式结构。此后，飞机结构研制的重点发生根本性改变：由运用工程方法估算应力，改变为以最少的材料和重量来获取整个结构的变形安全稳定性。
