飛翔
滑空の実験はわずかながらにあったわけである。だが動力つきで能動的に飛ぶことに関しては、15世紀の レオナルド・ダビンチ (1452年- 1519年)は、鳥に似せて翼を上下に動かし飛行する機械のコンセプト図や、回転するらせん状(ねじ状)の羽根を持つ機械のコンセプト図を描くことまではできたものの、それらはあくまでコンセプト図に終わり、(実際には当時の技術では)動力つきでは飛ばすことができなかった。レオナルドも研究の途中で当時の技術では動力つきの飛行機械の実現は不可能だと気づいたようで、固定翼の滑空装置の制作に力点を移し、見事にそれを作り上げ、それの操縦士にはレオナルドの友人で協力者のTommaso Masiniになってもらい、フィレンツェ近くの小山(丘)の上から街に向かって、距離にして1000mほども見事に滑空してみせた、ということが当時の地元の記録に残っている。なお、滑空は見事にできたが、着陸のほうはいささか難しかったようで、操縦士のTommaso Masiniは最後の着陸の瞬間に両脚を骨折してしまった、という記録も残されている。
自身の肉体で空を飛ぶことができないことを嘆いたり飛行への憧れを募らせていた人々が(一部の発明家が命がけで博打のような滑空を行って、そのほとんどが失敗したことを除けば)大勢の人が飛ぶことができるようになったのは、広く認められている歴史に基づくならば、18世紀後半の熱気球によってである。1783年、フランスのモンゴルフィエ兄弟が6月5日に熱気球の実験を行い、11月には有人飛行を行った。
概説で説明したように、3億年前には既に数十cmもある大きなトンボが地球上を飛び回っていたことが化石から判明している。
昆虫の多くが現代でも飛んでいる。昆虫の翅は基本的に2対4枚で構成されており、飛び方も多様である。
トンボは前後の翅を別々に動かして飛ぶ方式をとっており、原始的特徴を多く残しながらも全ての昆虫の中でも高度な飛翔を行う。チョウでは、前後2対の翅を同時に上下させ、上昇と滑空を繰り返して移動する。これによって激しく上下するのでチョウの飛翔はしばしば「ひらひら」という擬態語で表される。翼面荷重がとても小さく落ちる速度が遅いので、直接下向きの気流を発生させている。他の多くの昆虫も、前後の翅を同時に動かすことによって実質的に1対の翅として使う。
ネジレバネやハエの仲間では、前翅または後翅が平均棍に変化している。ハエ目の昆虫が極めて高度な飛翔を実現しているのはこの平均棍を持つことによると考えられている。
また、コウチュウ目の昆虫は飛行時に鞘翅と呼ばれる固化した前翅を広げる。鞘翅は主に揚力を増やす役割を担っているが、左右の迎え角を変えることにより体勢を整えたり、風を受けてエアブレーキの役割を果たしたりするので、飛翔能力に長けていない甲虫にとって不可欠なものとなっている。これに対し、ハナムグリ亜科に属する多くの甲虫は、鞘翅をわずかに持ち上げて腹部との間に隙間を作り、その下から後翅を広げて後翅のみで飛翔する方式をとる。これによって他の多くの甲虫と比べて格段に機敏な飛翔が可能になっている。
鳥類といった動物が体を水平にして飛翔するのに対し、カブトムシは体を垂直にして飛翔する特徴がある。
回転翼機は、いくつか変遷を経たが、ここでは現在の回転翼機の代表とも言えるヘリコプターの飛行について説明する。
ヘリコプターでは機体の上方で翼を回転させることで揚力を発生させて飛行する。ヘリコプターの飛行の大きな特徴のひとつは、空中の一点で静止しつづけること(ホバリング)ができる、ということである。
飛行原理をもう少しだけ解説すると、メインの回転翼(ローター)が一つのタイプ(「シングル・ローター」という)のヘリコプターでは、メインローターによって機体に反作用が生じて回転することをテールローターによる逆向きの力で防ぐ。
ヘリコプターでは前進・後進・横方向などへ移動することは、メインローターの回転面を進行方向へ傾けさせることで行う。それをどのように行うかと言うと、メインローターは毎回回転する中で、回転の角度に応じて、素早く迎角の変化(フェザリング)を繰り返すように出来ており、例えば機体の後方あたりで迎え角が大きくなるようにし揚力が大きくなるようにすると、回転面が前に傾くので、機体は前方に進みはじめる。
主たる回転翼が2つのものはツインローターと呼ばれており、2つのローターが逆方向に回転することで、反作用を互いに打ち消す。前後左右に移動する原理は、シングルローターのタイプと同じである。
空中戦で、敵機に対して有利な位置をとるために用いられた。
別の目標としては高速化があった。1947年には米国のベル社のX-1で水平飛行での音速を超える水平飛行(超音速飛行)を実現した。
なお現在のジェット旅客機は、巡航時に10,000m(30,000フィート)ほどの高度を飛行するが、その巡航速度は、一般論として言えば、対空速度で言えば860km/m前後で、音速のおよそ0.83倍に相当する。なお高高度では空気が極端に薄くなるため、揚力が極端に下がり、低高度で見せるような中・低速では飛ぶことができない。また旅客機は一般に音速で飛べるようには設計されておらず速度に上限もある。つまり実は、ジェット旅客機が高高度で安全に飛べる速度の幅はかなり狭い。(ただし、近年の飛行機では、高高度を飛行する時にはオートパイロットで適切な速度を保ち、操縦者も適切な速度を設定するように訓練を受け習慣づけられているため基本的には問題は起きない。ただし緊急時に高高度で何らかの事情で速度を落とすような操作を誤って行うと、突然深刻な問題に直面することになる。)