经过第一次世界大战的实战检验，飞机在海战中已经不限于充当侦察、联络和火炮校射等辅助角色，开始具备直接打击水面舰船的能力。然而，此时的飞机仍存在结构脆弱、性能有限、受天气影响大等不足，各国对海军航空兵的地位也有不同的认识。直到二战爆发后，空中力量在技术和战术上走向成熟，才逐渐取代大舰巨炮成为海战的主角。
以空制海多手段
从空中打击海上目标与在陆地战场上相似，也常用水平轰炸和俯冲轰炸方式，而海战特有的兵器——鱼雷就为飞机提供了又一种反舰利器。水面舰船除依靠飞机保护和加强对空火力外，还会采取机动规避、施放烟雾和拦阻气球等防御措施。空袭一方要掌握目标的类型、编成、航线和速度及天气海况等情报，利用云层和阳光作掩护发起协同攻击，制造混乱以削弱其防空能力，迅速取得战果。
多数军用飞机都能在水平飞行或小角度下滑状态下进行投弹轰炸，但即使是配备专用瞄准具的轰炸机，在中高空使用普通炸弹时受风力风向等因素的影响，对水面活动目标的命中率还是很低。而采用大角度俯冲轰炸，可在较低高度使炸弹垂直落下，不仅攻击时间短、敌方难以防范，炸弹的命中精度和侵彻力也更高。通常，飞机从3～4千米的空中与水平面成60～80度角进入俯冲，在500米左右的高度向目标投弹后拉起脱离。进行这种高速机动的飞机须特别设计并足够坚固，会对飞行性能有所影响，载弹量也不能太大，需要连续轰炸才能击毁较大的舰船。
与炸弹相比，能击中船身水线以下部位的鱼雷才是最有效的反舰武器。只是用飞机投放鱼雷必须在低空低速下进行，以免鱼雷入水过猛而失效。攻击时，载机要降低高度到100米以下，在距离目标侧面1千米内发射鱼雷。显然，飞机进入攻击位置和鱼雷撞向目标都需要一定时间，不仅容易被敌方发现并及时规避，也容易遭到敌机和防空火力的拦截。如果目标所在水域过浅过窄或风浪较大，也无法使用空投鱼雷。可见，这三种基本空对舰方式各有利弊，各参战国根据自身的装备水平、针对的敌方目标、所处的作战环境等条件发展出多种战术，在浩瀚大洋上演了一幕幕惊心动魄的海空搏杀。
岸基飞机充骨干
在欧洲挑起战火的纳粹德国拥有强大的空中实力，但在空军元帅戈林的把持下，压制了航空母舰及舰载机的发展，也没能及时研制出大型远程轰炸机。在地面闪击战中大出风头的Ju 87“斯图卡”、Ju 88和He 111等战术轰炸机因航程较短，只能从沿岸基地攻击英伦三岛、地中海、波罗的海等地的港口和近海目标。Ju 87机群实施俯冲轰炸时，往往排成一列纵队沿着目标船尾到船头的方向轮番投弹以提高命中率，也有少数从其它方向俯冲，牵制防空火力。而载弹量较大的He 111则在50米高度下接近目标，瞬间投下8枚炸弹进行集中轰炸。虽然曾取得过重创英国新型航母、击沉苏联两万吨级战列舰的战绩，但德国轰炸机在没有完全掌握制空权时也损失惨重，反舰作战受到进一步的限制。
在英美组织船队绕经巴伦支海向苏联运送租借物资后，德国空军试图从所占领的挪威机场出发切断这条航线。起初，德军轰炸机的零星攻击均收效甚微。盟军船只发现鱼雷从舷侧来袭后，会调转船头朝鱼雷驶去，以缩小可能被击中的截面。为提高攻击效果，德军采用了名为“金梳子”的战术，即一组飞机排成梯队，平行地向船队侧翼发射鱼雷，众多鱼雷入水后在海面上形成梳子式的航迹。另一组飞机以90度的夹角再发射一批鱼雷，使得目标转向后仍难以避开。这一度让盟军大吃苦头。如1942年7月德国多次攻击进入岸基飞机航程内的PQ-17船队，先由He 115水上飞机在2日黄昏和4日黎明两次实施鱼雷突袭，4日夜间又有25架各挂载两枚鱼雷的He 111进行多路“金梳子”攻击，Ju 88机群也使用炸弹轰炸。因担心德军战舰逼近，PQ-17船队仓促解散，丧失了整体防御力，结果共损失24艘船只，其中飞机直接击沉的就有8艘，被飞机炸伤后由潜艇击沉的也有7艘。9月13日，一队He 111投放的30枚鱼雷又将PQ-18船队的8艘船只送进了海底。不过多变的天气影响了德国海空军的联合行动，而盟军船队改进规避措施并加强护航兵力后，“金梳子”很快就失去了光芒。
对于英美之间的北大西洋运输线，德军大多数轰炸机都鞭长莫及，只有从客机改装的Fw 200“兀鹰”四发飞机勉强能覆盖到冰岛至亚速尔群岛一带的海域。Fw 200主要负责侦察盟军的海上动向，伺机偷袭无护航的商船或小型军舰。发现目标后，Fw 200先用机腹的20毫米火炮和机枪扫射，然后沿着与目标航线成15度角的方向连续投下炸弹，尽可能避开防空火力。有时Fw 200也会冲着目标面积最大的船舷从45米低空进入，在240米左右的距离投弹，以击中船身水线附近的部位造成较大破坏。只是这种被称作“瑞典大头菜”的战术对飞行和投弹技术要求较高，也容易被防空火力集中反击，因而不常使用。“兀鹰”趁英国空防薄弱之际曾寻获不少猎物，1940年10月就在爱尔兰西北海域炸瘫了装有防空枪炮的4.3万吨“不列颠皇后”号客轮，再召来潜艇将其击沉。不过Fw 200数量少、出勤率低，与潜艇的协同作战鲜有成效。当盟军护航航母搭载战斗机出现后，再用笨拙的“兀鹰”执行反舰任务就得不偿失了。
二战后期，无论陆地还是海上的空中优势都已倒向盟军一方，加上越来越密集的防空火力，德军的低空轰炸形同自杀，鱼雷攻击的成功率顶多也就25%。为了能摧毁大型舰船等高价值目标，德军搬出了可在防空火力射程外发射又有足够准确度的“秘密武器”——制导炸弹。亨舍尔公司用普通炸弹改装成带短翼的Hs 293滑翔炸弹，配有无线电或有线制导系统及火箭助推器，由He 111和Do 217等轰炸机从空中发射后滑翔距离可达18千米，在载机的引导下撞击目标。而鲁尔公司针对重装甲战舰研制的无动力Fritz-X无线电遥控炸弹则要从6千米高度投放，由轰炸机上的投弹手对准目标修正炸弹的下落轨迹。这类新发明炸沉炸伤了不少舰船，但也存在可靠性差、易受干扰等缺陷，无法起到决定性的作用。
Hs 293 无线电遥控滑翔炸弹，尾部有闪光指示器
He 177 投放 Hs 239 时的战术
Hs 293 在无线电的控制下飞向目标
此外，德军还尝试过“寄生机”或称“子母机”的计划：在装满炸药、无人驾驶的Ju 88轰炸机背上加装Bf 109或Fw 190战斗机，由战斗机飞行员驾驶这个组合体飞向敌方舰队，在距离两千米时双机分离，Ju 88在自动控制下冲向锁定目标。这种攻击方式操作复杂、不便机动，只能算是德军穷途末路时的孤注一掷。
双管齐下困强敌
作为传统海上强国，英国的海军航空兵却长期处在空军的控制下。崇尚战略轰炸和大型轰炸机的英国空军认为大力发展航母和舰载机会削弱空军力量，俯冲轰炸对飞机和飞行员的要求太高，危险性太大，并不值得采用。虽说英国海军较早装备了多艘航母，但吨位小载机少，到开战时还只能使用“海斗士”双翼战斗机、“剑鱼”双翼鱼雷/侦察机和“贼鸥”战斗/俯冲轰炸机等性能落后于空军飞机的型号。好在德国和意大利在这方面更是无所作为，英国海军航空兵才占据了比对手更为机动灵活的优势，与空军岸基部队一起打击轴心国的海上力量。
英国海军的首要任务是严防德国舰只闯入大西洋外海破坏海上交通线，尤其是潜艇和独立作战能力强的大型战舰都会造成严重威胁，对此专门组织了以航母为核心的多支搜索舰队。然而，防护不周、载机老旧的英国航母既不能有效反潜，在阻止德军两栖入侵挪威时也未能发挥应有作用，反而折损了两艘航母和许多飞机。1941年5月在追剿德国“俾斯麦”号战列舰的行动中，缺乏配合的“剑鱼”飞机总算用鱼雷击伤了对方，让随后赶到的英国战舰完成最后一击。1944年4～8月间，英国航母派出较新型的“梭鱼”轰炸机对停在挪威港湾的“提尔皮兹”号战列舰发动了多次空袭。发现该处水域不适于使用鱼雷后，轰炸机群配备了可击穿厚装甲的720千克炸弹，还使用了225千克的普通炸弹和270千克的深水炸弹，分别针对上层建筑和水线以下的舰体。由于飞行高度偏低，“梭鱼”投下的炸弹未能穿透甲板，只炸毁了部分舱室。最后还是空军出动“兰开斯特”重型轰炸机，用重达5吨多的特种炸弹才彻底报销了“提尔皮兹”号。
英国在捍卫自己海上命脉的同时，也把德国从北欧输入矿产的海运航线视为眼中钉，抽调了空军和海军的“布伦海姆”、“波弗特”和“剑鱼”等飞机打击德国的运输船队。德军就投入了从扫雷艇到驱逐舰等各种军舰进行护航，并在货船上加装高射炮，还得到岸基战斗机的空中保护。而英军的飞机性能和人员素质参差不齐，又是零敲碎打地使用，在1940～43年间平均要赔上6架飞机才能击沉一艘敌船。对此，英国海岸司令部专门组建了反舰作战联队，更新装备，强化训练。该联队主要使用“英俊战士”双发双座多用途飞机，其中一部分用于火力攻击，装有4门20毫米机炮和6挺机枪，也可携带炸弹和火箭弹。另一部分用于鱼雷轰炸，挂载适合高速投放而且威力更大的新型鱼雷，并改进了低空飞行的稳定性。英军飞机还配备了空对海搜索雷达和照明弹，便于在夜间定位目标。在“英俊战士”编队进入有利位置后，先由多架重火力飞机从不同角度向敌护航舰只开火，压制防空高炮，让鱼雷机有时间接近重要目标投放鱼雷。对于防护较为严密的船队，主攻编队在战斗机的掩护下分成3机小组进行多波次连续攻击，以分散防空火力，打乱防御队形。英军提高反舰作战成效后，德国的矿产海运几近中断，严重影响了国内的工业生产。
在地中海战区，意大利的岸基轰炸机对英国舰队只是些小骚扰，但意大利海军的潜在威胁必须消除。1940年11月11日夜间，“卓越”号航母派出两批共20架携带鱼雷和炸弹的“剑鱼”轰炸机突袭塔兰托港，以微小代价一举重创停泊在港内的意大利舰队。可见，精心准备加出其不意，看似过时的武器也能创造奇迹。在次年3月底的马塔潘角海战中，趁着英国空军的轰炸机在高空吸引到敌方的防空炮火，“可畏”号航母上的鱼雷轰炸机击伤了意大利的主力舰，为己方舰队围歼残敌立下头功。虽然英国海军要兼顾大西洋，航母力量难以集中，但换装新式战机后在地中海还是取得了局部优势，配合战舰、潜艇和岸基飞机频频击沉轴心国向北非战场运送补给的船只，对战胜德国非洲军团以及迫使意大利退出战争起到重要作用。
航母对决争大洋
分处太平洋两端的日本和美国在开战前都积极建造大型航母，每艘均配备战斗机、俯冲轰炸机和鱼雷轰炸机3种基本类型的舰载机，总数超过80架，使海军舰队也具有较为全面的空中打击能力。日本历来重视鱼雷的作用，擅长以两组鱼雷机从目标左右两侧实施“铁砧攻击”，并突出战机的灵活性，不惜降低防护力，而美国的舰载机就强调耐用性和载弹量。对比这两支当时世界上最强大的海军航空兵，日本在航母数量、飞机性能和人员素质上还略胜一筹，并以先发制人占得主动，但双方在综合实力和作战思想上的差异最终导致战局发生逆转。
日方在制定偷袭珍珠港的方案时，根据港内水深只有12米的特点，将鱼雷的空投高度从惯常的100米压低到20米，使特制的鱼雷入水后不会扎进海底。对大型战舰至少要命中3条鱼雷才能造成致命伤害，挂载鱼雷的九七式轰炸机就被分成8个4机或6机组成的编队，分别对付美军的4艘航母和4艘战列舰。九九式俯冲轰炸机只能携带250千克炸弹，因此负责攻击航母甲板和其它结构较薄弱的目标，俯冲至400米高度投弹时命中率可达80%。对于厚装甲战舰或鱼雷攻击不到的目标，则由九七式轰炸机使用从406毫米穿甲炮弹改装而成的800千克炸弹进行水平轰炸。为提高命中率，每5架轰炸机组成一个密集编队，由领队机引导进入轰炸航向，降低到3千米高度同时向选定目标投弹。就算只有一颗装有延迟引信的炸弹击穿舰体，也能在内部引起剧烈爆炸。尽管发动袭击时港内没有航母，日本还是达成了瘫痪美军太平洋舰队的目的。仅在3天后，日军岸基轰炸机又在东南亚海域击沉了没有空中保护的英国“威尔士亲王”号和“反击”号战舰，再次证明海上制空权的重要性。然而，日军高层仍坚信战列舰才是决定海战胜负的关键，而美国海军已接受教训迅速加强航空力量展开复仇了。
当航母投入交战时，通常以战斗机突破对方的空中拦截，掩护随后的俯冲轰炸机进行高速投弹。趁对方注意力被吸引开时，速度较慢的鱼雷轰炸机则从低空进入投放鱼雷。不过由于侦察、指挥手段和飞机性能等方面的局限，这样的配合即使在演习中也很难达成。中途岛一战，美军3支TBD鱼雷轰炸机中队在己方战斗机尚未赶到时就率先发起攻击，结果几乎全军覆没。也正因为日军忙于拦截这些鱼雷机，反倒让来迟一步的SBD俯冲轰炸机乘虚而入，几分钟内就使3艘日本航母遭受灭顶之灾。此后双方又各损失一艘航母，主要也归功于俯冲轰炸机。此役美方虽然获胜，但也被击落近一半的飞机，暴露出制空能力仍然不足。对此，美军不仅提高航母雷达的搜索距离，换装新型舰载机，还把战斗机的比例增加到60%以上（部分具有对地对海攻击能力），反舰时更倚重突防能力强的俯冲轰炸机，瘫痪目标后再用鱼雷彻底解决。而日本海军航空兵元气大伤后从装备到人员都未能及时补充，逐渐丧失了自保和反击的能力，剩余的航母连同被寄予厚望的“武藏”、“大和”等超级战舰都陆续沦为美军飞机的活靶。在夺岛作战中，美国海军和陆军飞机的密集轰炸也有效破坏了日军的海上补给线，使其陷入孤立和被动的局面。
当战线逐步推向日本本土，负隅顽抗的日军使出了最为疯狂的一招——“神风”自杀式攻击。挑选出来的飞行员驾驶装满炸药的飞机，在其它飞机的掩护下硬闯美军舰队的防空体系，撞向重要目标，试图以“一机换一舰”来削弱美军装备上的优势。有的“神风”机为躲避雷达从距海面只有10～15米的超低空接近目标，再突然跃升至500米后向下撞击。也有的从6千米高度先以20度角边加速下滑边寻找目标，在1千米高度改以50度角对准目标俯冲。如果携带炸弹，“神风”机会在撞击前先投弹，以扩大破坏效果。除了利用现有的机型，日本还研制出装有1吨炸药的“樱花”小型载人飞弹，由轰炸机吊挂到高空投放。启动自身的火箭发动机后，“樱花”的时速可超过600千米，使对方很难拦截。尽管给美军制造了不少恐慌和损失，但在失去制空权、缺乏有经验飞行员的困境下，“神风”已无力扭转败局。相比之下，美军试验的电视和红外制导反舰炸弹更为先进，只是技术尚不成熟，到二战结束也未投入实战。
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