Vai trò được dự định ban đầu của lớp Graf Zeppelin là một nền tảng trinh sát di động trên biển, nên liên đội máy bay theo kế hoạch dành cho nó cũng phản ảnh khái niệm này: 20 máy bay cánh kép Fieseler Fi 167 cho vai trò tuần tiễu và tấn công bằng ngư lôi, 10 máy bay tiêm kích Messerschmitt Bf 109T và 13 máy bay ném bom bổ nhào Junkers Ju 87.[3] Sau đó chúng được đổi thành 30 chiếc máy bay tiêm kích Bf 109 và 12 máy bay ném bom bổ nhào Ju 87; do học thuyết về tàu sân bay của Nhật Bản, Anh Quốc và Hoa Kỳ đã thay đổi từ vai trò trinh sát thuần túy sang các nhiệm vụ tác chiến tấn công.[3]

Messerschmitt Bf 109 T

Vào mùa Thu năm 1938, Văn phòng Kỹ thuật của Bộ Hàng không Đế chế Đức (Reichsluftfahrtministerium) yêu cầu văn phòng thiết kế của Messerschmitt vẽ kiểu một phiên bản hoạt động trên tàu sân bay của loại máy bay tiêm kích Bf 109 E, được đặt tên Bf 109 T ("T" là viết tắt của Träger, nghĩa là tàu sân bay). Phiên bản này, được các phi công đặt tên lóng là 'Toni',[26] trang bị động cơ Daimler-Benz DB 601N công suất 1.175 mã lực, có tốc độ tối đa 568 km/h (353 mph) ở độ cao 6.000 m (20.000 ft). Vũ khí trang bị bao gồm hai súng máy MG 17 7,92 mm (0,312 in) gắn trên thân cùng hai pháo MG 17 hoặc MG FF/M 20mm gắn trên cánh.[27]

Diện tích bề mặt cánh được gia tăng bằng việc bổ sung hai tấm phía ngoài rộng ,6 m (2 ft 0 in), nâng sãi cánh lên tổng cộng 11 m (36 ft), và các cánh nắp thu vào được bổ sung lên mặt trên của cánh. Điều này đã giúp rút ngắn đáng kể quãng đường cất cánh và hạ cánh, cải thiện độ chòng chành ở tốc độ thấp và cho phép lướt đi ở góc dốc hơn.

Bốn điểm nối với máy phóng được bổ sung lên thân máy bay, và một móc hãm được gắn vào đuôi;[28] móc hãm sau đó được làm rộng bản hơn nhằm giảm thiểu việc vặn xoắn dây hãm khi hạ cánh. Móc hãm cũng có xu hướng nảy lên thân gây ra những vết lỏm. Vấn đề này được giảm nhẹ bằng cách bổ sung một lò xo kim loại vào thiết kế và một miếng đệm cao su lên thân phía sau.[26]

Một đế ETC được trang bị dưới thân để mang một thùng nhiên liệu phụ vứt được 300 lít (66 gal Anh; 79 gal Mỹ) dọc theo trục giữa.[29] Bộ nhún của càng đáp dưới cánh cũng được gia cố để hấp thu tốt hơn tốc độ hạ cánh cao và áp lực nặng hơn khi hạ cánh trên tàu sân bay.[28] Nệm lót đầu và nêm đỡ tay dành cho phi công trong buồng lái cũng được làm dày hơn cải thiện tiện nghi khi cất cánh bằng máy phóng. Không có giải pháp xếp cánh nào được thực hiện trên kiểu Bf 109 T; người ta cho rằng điều này không cần thiết vì chiếc máy bay có thể xếp dễ dàng lên thang nâng rộng đến 14 m (46 ft) của Graf Zeppelin.[26]

Sau khi được Bộ hàng không chấp thuận vào đầu năm 1939, dự án được chuyển cho Fieseler-Werke đối với những chi tiết cuối cùng và việc cải biến 60 khung máy bay phiên bản Bf 109E thành kiểu T-1. Đơn đặt hàng này được gia tăng lên 155 chiếc vào tháng 9; nhưng cùng với việc chế tạo con tàu chị em với Graf Zeppelin, Flugzeugträger B, bị tạm dừng cùng tháng đó, kế hoạch chế tạo quay lại một lô ban đầu 70 máy bay. Đến tháng 12 năm 1940, Bộ hàng không quyết định chỉ hoàn tất bảy chiếc Bf 109 T-1 được trang bị cho tàu sân bay, và hoàn tất những chiếc còn lại như là kiểu T-2 hoạt động trên đất liền, do công việc chế tạo Graf Zeppelin đình trệ vào tháng 4 và ít có khả năng là nó sẽ được đưa ra hoạt động sớm trong thời gian trước mắt.[30]

Do những sự trì hoãn trong việc chế tạo loạt Bf 109 E vào giữa năm 1940, những thay đổi trong thiết kế đối với trụ chống cánh, và việc Daimler Benz chậm trễ trong việc giao hàng kiểu động cơ hứa hẹn DB 601N, chiếc Bf 109 T-1 đầu tiên chỉ được bàn giao vào tháng 1 năm 1941. Tuy nhiên, đến tháng 6, cả 70 chiếc đều đã hoàn tất. Một chiếc T-1 được gửi đến đơn vị E-Stelle See tại Travemünde để đánh giá, và thêm sáu chiếc khác được dành riêng cho việc thử nghiệm; 63 chiếc T-2 còn lại được gửi đến Na Uy ngang qua Đan Mạch, và đã phục vụ cùng Phi đoàn I/JG 77 và JGr Trondheim, nơi mà đặc tính có quãng đường cất cánh và hạ cánh ngắn khiến chúng phù hợp một cách lý tưởng cho những đường băng ngắn và nhiều gió giật của đất nước này.[31]

Vào cuối năm 1941, khi sự quan tâm để hoàn tất Graf Zeppelin phục hồi, những chiếc Bf 109 T-2 còn sống sót được rút khỏi phục vụ ở tuyến đầu, và lại được chuẩn bị để hoạt động trên tàu sân bay. Bảy chiếc phiên bản T-2 được chế tạo lại theo tiêu chuẩn T-1 và được chuyển cho Hải quân Đức vào ngày 19 tháng 5 năm 1942. Đến tháng 12, đã có tổng cộng 48 chiếc Bf 109 T-2 được cải biến ngược thành kiểu T-1; trong đó 46 chiệc đặt căn cứ tại Pillau thuộc Đông Phổ và được dự trữ dành để hoạt động trên tàu sân bay. Tuy nhiên, vào tháng 2 năm 1943, mọi công việc trên chiếc Graf Zeppelin bị ngừng lại và số máy bay này quay trở lại phục vụ cho Không quân Đức vào tháng 4.[31]

Fieseler Fi 167

Để cạnh tranh với Arado, và bởi một yêu cầu của Văn phòng Kỹ thuật Bộ Hàng không, Fieseler Werke đã đề xuất một thiết kế vào năm 1937 về một kiểu máy bay hai chỗ ngồi đa dụng hoạt động trên tàu sân bay, có khả năng thực hiện các nhiệm vụ ném bom, ném ngư lôi và trinh sát. Chiếc Fieseler Fi 167 (tên lóng "Dragonfly") là một máy bay cánh kép thon thả trang bị động cơ Daimler-Benz DB601B thẳng hàng công suất 1.100 mã lực, cho phép nó đạt được tốc độ tối đa 320 km/h (200 mph), và có hình thức mượt mà hơn kiểu Ar 195 của Arado trang bị động cơ bố trí hình tròn. Kiểu máy bay của Fieseler có cánh xếp được để chất gọn trên tàu sân bay, có một móc hãm và một buồng lái kín dành cho đội bay hai người. Bộ càng đáp cố định của nó có thể vứt bỏ trong trường hợp hạ cánh khẩn cấp trên biển bởi hai chốt lò xo vận hành bằng điện;[32] và các cánh mép từ động mở rộng suốt chiều dài cánh trên và cánh dưới, trong khi cánh dưới còn có một cánh nắp lớn. Các đặc tính sau này cho phép nó có một độ ổn định không ai sánh bằng ở tốc độ thấp.[33]

Vũ khí trang bị bao gồm một tải trọng bom tối đa là một bom 1.000 kg (2.200 lb) hoặc một ngư lôi LT F 5b tiêu chuẩn 764 kg (1.684 lb) và một súng máy MG 17 7,92 mm (0,312 in) bắn ra phía trước gắn trên nắp động cơ và một súng máy MG 15 7,92 mm gắn trên bệ di động ở vị trí buồng lái phía sau được điều khiển bởi hoa tiêu/trinh sát viên. Tầm hoạt động thông thường là 1.300 km (810 dặm) với bom đầy tải, nhưng có thể kéo dài đến 1.500 km (930 dặm) cho các nhiệm vụ trinh sát nhờ một thùng nhiên liệu phụ 300 L (66 gal Anh; 79 gal Mỹ) bên ngoài vứt được.[34]

Các cuộc thử nghiệm so sánh tiến hành tại cơ sở thử nghiệm Erprobungsstelle ở Rechlin của Bộ Hàng không nhanh chóng chứng tỏ tính ưu việt của Fi 167 so với Ar 195 ở mọi phương diện, đến mức Fieseler được chọn để tiếp tục chế tạo một chiếc nguyên mẫu thứ ba để bắt đầu lắp ráp mười hai chiếc tiền sản xuất. Tuy nhiên, vì Graf Zeppelin sẽ không sẵn sàng để chạy thử ngoài biển cho đến mùa Hè năm 1940, công việc đối với đơn đặt hàng những chiếc tiền sản xuất được tiến hành chậm chạp; và chỉ cho đến mùa Xuân năm 1940, mẫu đầu tiên Fi 167 A-01 mới bắt đầu được thử nghiệm.[32]

Khi công việc chế tạo Graf Zeppelin bị tạm ngưng vào tháng 5 năm 1940, 12 chiếc Fi 167 đã hoàn tất được điều về Phi đoàn Erprobungsstaffel 167 nhằm mục đích tiếp tục các thử nghiệm hoạt động. Vào lúc mà việc chế tạo chiếc tàu sân bay được tái tục hai năm sau đó vào tháng 5 năm 1942, Fi 167 bị xem là không còn phù hợp cho vai trò được dự định, và Văn phòng Kỹ thuật quyết định thay thế nó bằng một phiên bản Junkers Ju 87D cải tiến để mang ngư lôi.[32]

Junkers Ju 87 C

Vào năm 1938, Văn phòng Kỹ thuật Bộ Hàng không quyết định phải có một phi đoàn (Staffel) máy bay ném bom bổ nhào trong liên đội không quân của Graf Zeppelin, và sự lựa chọn dừng lại trên kiểu Junkers Ju 87 Stuka mà khả năng đã được chứng minh trong chiến đấu. Công việc cải biến phiên bản Ju 87 B thành kiểu Ju 87 C hoạt động trên tàu sân bay bắt đầu vào cuối năm đó. Những chiếc Ju 87C tiền sản xuất có cánh xếp được bằng tay, giảm chiều rộng để xếp trên sàn tàu xuống còn 5 m (16 ft); trong khi phiên bản sản xuất hàng loạt có cơ cấu xếp cánh kích hoạt bằng điện. Sải cánh chung của nó ngắn hơn 0,6 m (2 ft 0 in) so với phiên bản Ju 87 B. Các điểm nối với máy phóng được bổ sung lên bên dưới thân máy bay và một móc hãm được gắn ngay trước bánh đáp đuôi. Thân máy bay và bộ càng đáp được gia cường thêm để chịu đựng tốt hơn áp lực khi hạ cánh trên tàu sân bay. Hai còi hụ vận hành bằng cánh quạt thường được gắn trên bộ càng đáp cố định của Stuka được tháo bỏ để giúp giảm bớt lực cản.[35]

Bộ càng đáp cố định của Ju 87 C có thể vứt bỏ bằng cách kích hoạt một liều thuốc nổ trong trường hợp nó buộc phải hạ cánh trên biển. Điều này sẽ giúp giảm thiểu khả năng máy bay bị lật khi tiếp xúc mặt nước. Các bao nổi được bố trí ở thân và cánh máy bay, và các chất bịt kín được áp lên các mối nối và chỗ hở để trì hoãn thời gian máy bay bị chìm, cho phép đội bay có đủ thời gian rời khỏi buồng lái và thổi phồng phao cứu sinh mang theo trong những trường hợp khẩn cấp như vậy.[35]

Trữ lượng nhiên liệu chứa trên trong được gia tăng bằng cách bổ sung hai thùng nhiên liệu phụ dưới cánh và có thể tăng cường hơn nữa bằng cách gắn thêm hai thùng nhiên liệu phụ 300 lít (66 gal Anh; 79 gal Mỹ) vứt được bên dưới cánh. Điều này giúp gia tăng tầm hoạt động tối đa của chiếc máy bay lên đến trên 1.100 kilômét (680 dặm). Trong trường hợp khẩn cấp, mọi nhiên liệu đều có thể vứt bỏ trong vòng khoảng một phút.[35]

Được trang bị động cơ Junkers Jumo 211D công suất 1.200 mã lực, kiểu Ju 87 C có tốc độ tối đa 332 km/h (206 mph). Vũ khí trang bị bao gồm một tải trọng bom tối đa 700 kg (1.500 lb), hai súng máy MG 17 7,92 mm (0,312 in) cố định trên cánh bắn ra phía trước và một súng máy MG 15 7,92 mm trên bệ di động ở phía sau buồng lái, vận hành bởi hoa tiêu/điện báo viên.[36]

Mười chiếc Ju 87 C-0 tiền sản xuất được chế tạo và gửi đến cơ sở thử nghiệm tại Rechlin và Travemünde, nơi chúng được thử nghiệm hoạt động một cách rộng rãi, bao gồm việc phóng bằng máy phóng và hạ cánh trên sàn đáp mô phỏng. Nhưng trong số 170 chiếc Ju 87 C-1 được đặt hàng, chỉ có một số ít được hoàn tất; việc tạm ngưng chế tạo chiếc Graf Zeppelin vào tháng 5 năm 1940 đã đưa đến việc hủy bỏ toàn bộ đơn hàng. Những máy bay sẵn có và các khung máy bay đang được chế tạo sau đó được cải biến ngược trở lại phiên bản Ju 87 B-2.[35]

Junkers Ju 87 E

Công việc phát triển một phiên bản của kiểu Ju 87 D mang ngư lôi cho các nhiệm vụ chống tàu nổi tại Địa Trung Hải đã được tiến hành vào đầu năm 1942 khi nở rộ trở lại khả năng hoàn tất chiếc Graf Zeppelin. Do kiểu máy bay Fieseler Fi 167 giờ đây đã được cho là lạc hậu, Văn phòng Kỹ thuật Bộ Hàng không yêu cầu Junkers cải biến phiên bản Ju 87 D-4 thành một máy bay ném bom-ngư lôi/trinh sát hoạt động trên tàu sân bay đặt tên là Ju 87 E-1. Máy bay sản xuất sẽ phải có cánh xếp bằng điện và những trang bị để hoạt động trên tàu sân bay giống như phiên bản Ju 87 C, cùng các đế gắn mang được ngư lôi nặng LT F 5b 764 kg (1.684 lb). Người ta còn có ý định trang bị cho nó rocket hỗ trợ cất cánh (RATOG) nhằm rút ngắn quảng đường lăn cất cánh trên tàu sân bay.[37]

Công việc thử nghiệm được tiến hành suốt mùa Xuân và mùa Hè năm 1942 tại Erprobungsstelle See ở Travemünde, và kết quả đủ làm hài lòng Bộ Hàng không đến mức họ đặt hàng 115 máy bay. Nhưng khi mọi công việc chế tạo Graf Zeppelin bị ngừng hẳn vào năm 1943, toàn bộ đơn đặt hàng bị hủy bỏ. Không có chiếc Ju 87 D cải biến mang ngư lôi nào được đưa ra sử dụng.[37]

Messerschmitt Me 155

Vào tháng 5 năm 1942, khi công việc chế tạo Graf Zeppelin được tái tục, phiên bản máy bay tiêm kích Bf 109T hoạt động trên tàu sân bay được cho là đã lạc hậu. Vì vậy, Văn phòng Kỹ thuật đã mời Messerschmitt A.G. đưa ra đề nghị thiết kế mới cho một kiểu máy bay tiêm kích hoạt động trên tàu sân bay mang tên Me 155. Thiết kế nhấn mạnh đến việc sử dụng những thành phần của Bf 109 đang sẵn có để dễ sản xuất và giảm nhẹ công việc cho nhóm thiết kế đã rất bận rộn của Messerschmitt. Đến tháng 9 năm 1942 bản vẽ chi tiết đã hoàn tất.[38]

Kiểu Me 155 sử dụng một khung Bf 109 G tiêu chuẩn hàn với một kiểu cánh được thiết kế hoàn toàn mới có thể xếp được để dễ chứa trên tàu sân bay. Thiết kế cánh mới giữ lại độ rộng sải cánh ngang với của phiên bản Bf 109 G, 11 m (36 ft); tuy nhiên các nhà thiết kế đã thay thế kiểu càng đáp Bf 109 G xếp ra phía ngoài với vệt bánh đáp hẹp bằng kiểu xếp vào trong có vệt bánh đáp rộng, cho phép chiếc máy bay có đặc tính hạ cánh ổn định hơn. Đây là một tính chất được ưa chuộng đối với loại máy bay hoạt động trên tàu sân bay vốn phải đối mặt với sàn đáp dốc của tàu sân bay có chiều rộng giới hạn. Các điểm nối với máy phóng, một móc hãm và thiết bị nổi cũng được bổ sung. Vũ khí được đề nghị bao gồm một khẩu pháo MG 151 20 mm (0,79 in) gắn bên trên động cơ và hai pháo 20 mm MG 151 cùng hai súng máy MG 131 13 mm (0,51 in) gắn trên cánh. Được trang bị động cơ DB 605A-1 công suất 1.475 mã lực, chiếc máy bay được dự định đạt được tốc độ tối đa 649 km/h (403 mph) với thời gian bay được tính toán là 1,16 giờ chưa tính đến các thùng nhiên liệu phụ bên ngoài.[38]

Khi mọi việc trở nên rõ ràng rằng Graf Zeppelin không thể đưa vào hoạt động trong ít nhất là hai năm nữa, Messerschmitt được thông báo một cách không chính thức để dẹp bỏ thiết kế kiểu máy bay tiêm kích mới; thậm chí chiếc nguyên mẫu của nó cũng chưa từng được chế tạo.[38]