飞航工程师（又称飞行工程师、随机工程师，中国大陆称为空中机械师，英文：Flight Engineer，缩写：F/E）。在航空发动机控制系统不够自动化的时代，对于装备了多台发动机的大型飞机，一般在机组中设置飞航工程师，负责根据机长命令调控各台发动机的各项技术状态，如油门、液压操控、以及机舱增压、电力等系统。还可能在起飞前与降落后检查飞机状态。在部分军用飞机，飞航工程师更会进行飞行前的完全检查。基本上，飞航工程师是飞机系统专家，专责解决飞机系统的问题、提供飞行紧急情况的处理方案，并计算起飞与降落的数据。

在旧式民航机与及部分军机上，飞航工程师坐在正副飞行员的后面，并面向侧面的一排仪表。有些军机，例如P-3猎户座海上巡逻机与C-130H飞机，飞航工程师则坐在正副飞行员的中间。图-134更特别，飞航工程师是坐在机头尖端的领航员席位。

八十年代以前的军用大型运输机的机组，典型为五人制：机长、副驾驶员、飞航工程师、空中领航员、空中通讯员。由于飞机系统操控的电脑化与自动化，飞机上的电脑系统能自动监察飞机系统，并将故障直接向飞行员报告，目前新型的飞机已经不需要有飞航工程师，大幅节省了航空公司的人力成本。不过，一些现在还在服务中的旧型飞机，例如波音747的-100、-200、-300与-SP，还有洛克希德的L-1011三星飞机与麦道DC-10飞机，仍然需要飞航工程师随航。另外，当年在换转换新机时，由于来自于工会的压力，部分航空公司仍然有一段时间使用三人乘务模式。

空中客车A300的早期型号，如A300B2、A300B4，仍需要飞航工程师，直至后来出现的A300-600R则改以两人配置并采用玻璃驾驶舱；1994年于日本名古屋发生的中华航空140号班机空难，虽然当时华航采用了毋须飞航工程师的A300-600R机型，但在降落时机师与电脑互抢控制权，原本取代飞航工程师的飞航电脑误判成重飞指令，以至于降落时攻角过大而坠毁，造成乘客与机组员共264人罹难。

部分的航空交通机构，会对于一些同时持有飞行员执照的飞航工程师，称呼为“第二副驾驶”（Second Officer）。