Sim e não.
Os números de voo costumam ser usados para vários voos no mesmo dia. Por exemplo, hoje o UA712 é usado tanto para um voo de Chicago para San Diego quanto para um voo subsequente de San Diego para San Francisco. Nesse caso, os dois vôos usavam a mesma aeronave (um "navio" da Airbus A320, United número 4616).
No sábado, o UA338 voará de Salt Lake City para Denver e depois Denver para Dallas Fort Worth - mas, neste caso, cada uma dessas pernas será pilotada por uma aeronave separada.
Mesmo nos casos em que a mesma aeronave está programada para voar com as duas pernas, atrasos e alterações podem significar que diferentes aeronaves acabem sendo usadas nos dois vôos.
Portanto, isso certamente significa que duas aeronaves com os mesmos números de voo podem estar no ar ao mesmo tempo. De fato, é possível que ambos os vôos estejam muito próximos um do outro (um voo atrasado chegando, enquanto o pontual após o mesmo número de voo sai do mesmo aeroporto).
Para evitar confusão em situações como essa, o número do voo que a aeronave usa para fins de planejamento de vôo, controle de tráfego aéreo etc. será alterado em casos como esse - frequentemente pela adição de uma letra após o número.
Portanto, se o voo UA111 estiver atrasado, o próximo segmento com o mesmo número de voo poderá ser chamado de UA111T ou UA111 "tango" ou similar. Como viajante nesse voo, você não verá isso - ele ainda será referido como UA111 porque, do ponto de vista do viajante, não há confusão - ainda há apenas um UA111 partindo, portanto não há oportunidade de (por exemplo) pegar o voo errado .
Uma exceção a isso é se um voo estiver atrasado até o dia seguinte. Nesse caso, pode haver dois voos com o mesmo número de voo partindo do mesmo aeroporto no mesmo dia. Para evitar confusão aqui, as companhias aéreas alteram completamente o número do voo (um dos XX123 passa a XX234) ou adicionam uma letra semelhante à anterior (XX123 passa a XX123B). Nesse caso, os cartões de embarque e as exibições do aeroporto mostrariam o número do voo modificado para que os passageiros soubessem em qual dos dois vôos estavam.