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空中加油机主要是使用在军事用途上，利用机身内部装载的燃料，在空中为其他具有接收设备的飞机补充燃料，使得许多军用飞机的航程不再受到起飞时其最大燃料装载量的限制；在长程飞行中使用空中加油取代中停加油，可以节省燃料。
 | 此条目没有列出任何参考或来源。 (2021年3月1日) |
目前所知最早的空中加油的概念图是一幅1908年出现的漫画，在漫画当中显示一艘飞船上的成员以长竿将油桶传送给另外一架飞机，表达出在飞行中为其他飞行器补充燃料的概念。
1918年的时候，为了运送轰炸机渡过大西洋，一位美国海军的军官提出一个构想，让这些飞机从船舰上面取得燃料桶来补充。这个构想随着一次世界大战的结束而划上休止符。
历史上第一次空中加油发生于1921年11月12日，卫斯里‧梅（Wesley May）背着五加仑的汽油由一架飞机的机翼跳到另一架的机翼上。
1921年自苏俄流亡美国的亚历山大·史渥思基（Alexandria Seversky）提出全世界第一项有关空中加油的专利申请。然而在1920年代至1930年代这一段时间当中，研究空中加油技术分成两个方向，一个还是以满足长程飞行为主，另外一个则是作为特技表演之用。在这一段时间以空中加油的方式持续飞行的纪录已逐渐拉长到超过600小时以上，预计市场的用户以民用航空为主，提供长程飞行航线的需要。
第二次世界大战爆发的时候，已经有许多系统作过试验，大部分的空中加油进行的方式还是以油管从一架飞机想办法拉到另外一架飞机上，好让燃料可以顺利的输送，其中最大的问题就是如何传递油管以及维持两架飞机之间的联系。譬如苏联与美国都尝试过拖曳一架滑翔机充当额外的燃料箱，不幸的是美国方面的试验因为滑翔机失去控制导致飞行员丧生而收场。此外，英国曾经准备将600架兰开斯特和600架林肯轰炸机改装为空中加油机，在欧洲战区作战结束以后支援远东地区的战事，这个计划在美军攻击快速进展下而放弃。
虽然包括苏联、美国、日本、德国等国家都对空中加油技术进行研发，在二次世界大战结束时，技术最先进的则属英国。而第一种受到正式采用的空中加油技术称为环状油管（Looped Hose）。1947年新成立的美国空军为了与美国海军争夺经费，率先购入环状油管设备来延伸B-29轰炸机的航程来轰炸苏联境内的目标。1948年12月7日，一架美国空军的B-50轰炸机利用环状油管加油设备，从德州渥斯堡的卡斯威空军基地起飞，携带4540公斤（1万磅）的假原子弹，完成来回15128公里（9400英里），对位于珍珠港的美国海军基地的假想攻击。以此展示美国空军具有长程轰炸的能力。
由于战略轰炸与冷战的影响，长程飞行在军事用途方面比民用航空受到更多的重视。英国曾经尝试在他们生产的第一架喷射客机彗星上面安装受油装置，不过从1950年代开始，空中加油逐渐转型为军事专用。
即使美国空军已经采用环状油管，可是这种空中加油技术的限制和缺点还是很多，于是美国空军要求波音公司协助开发新的加油方式。波音公司推出的就是现在仍就在使用中的飞椼式。
2023年12月12日，在北加州和俄勒冈州上空，美国空军使用C-5M运输机向KC-10加油机使用飞桁加油系统进行了一次逆向加油测试，由C-5M战略运输机向KC-10加油机进行加油，反向空中加油持续了30分钟，燃油转移总量约为10.65吨。
除了战略轰炸之外，空中加油对于军用运输机跟空中预警机等也有重要意义，透过空中加油可以延长飞行时间让运输机将军需物资从本土直接运送到前线机场，或是延长空中预警机滞空时间进行战场管制。
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第一种实用化的空中加油系统是环状油管。目前最为广泛使用的空中加油系统有两类，分别是飞锚式（软管）与飞椼式（硬管）。
飞桁式的优点是加油速度比飞锚式快，但是飞锚式的加油设备可以收纳，适于应用在航空母舰上的加油机，因此舰载机多使用飞锚式加油。直升机的空中加油仅能由飞锚式加油设施进行油料补给，越战时期美国空军的F-105是少数同时具有飞桁跟飞锚式加油设备的军机。
另外飞锚式加油设施可以以荚舱的形式安装于一般战机替其他战机加油，例如F/A-18和歼-15等，被称为伙伴加油。
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- KC-33A（伊朗空军）
- KC-10（欧米茄空中加油服务公司）
- 空中客车A330 MRTT（法国空天军、英国皇家空军、北约、澳大利亚皇家空军、沙特阿拉伯皇家空军、新加坡空军、韩国空军、阿联空军、西班牙空天军、巴西空军*）
- 空中客车CC-330哈士奇（加拿大皇家空军）
- 运油-20（中国人民解放军空军）
- 伊尔-78（俄罗斯空天军、印度空军、阿尔及利亚空军、巴基斯坦空军、中国人民解放军空军）
- 波音KC-46（美国空军、日本航空自卫队、以色列空军*）
- 波音KC-767（印度空军*、意大利空军、日本航空自卫队、哥伦比亚空军）
- 空中客车A310 MRTT（德国联邦国防军空军）
- 空中客车CC-150北极星（加拿大皇家空军）
- KC-135空中加油机（美国空军、法国空天军、土耳其空军、Metrea、智利空军）
- KE-3（沙特阿拉伯皇家空军）
- KC-707（以色列空军、伊朗空军、欧米茄空中加油服务公司、智利空军）
- 空中客车A400M（德国联邦国防军空军、法国空天军、马来西亚皇家空军）
- KC-390（巴西空军）
- 轰油-6（中国人民解放军空军）
- KC-130（美国海军陆战队、沙特阿拉伯皇家空军、意大利空军、日本海上自卫队、以色列空军、加拿大皇家空军、新加坡空军、智利空军、马来西亚皇家空军、日本航空自卫队、科威特皇家空军、法国空天军、乌拉圭空军、摩洛哥皇家空军、秘鲁空军、巴西空军、印尼空军、阿根廷空军、瑞典空军）
- HC-130（美国空军、美国海岸警卫队）
- MC-130（美国空军）
- MQ-25刺鳐无人机（美国海军*）
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- （英文） 空中加油的历史
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