空中加油机是美国空军实现全球战略的重要支撑装备，被称为空中生命线。KC-135（“同温层油船”）是在波音367-80基础上改装研制的第一种喷气式空中加油机，主要采用伸缩套管式空中加油，能够满足美国空军各型作战飞机空中加油需求。
KC-135于1954年开始研制，1956年8月首飞，1957年开始交付，1965年停产。KC-135不仅是美国、也是世界上生产、服役数量最多的空中加油机，美国空军最多时有超过700架KC-135服役，是美国空军当之无愧的战略机种。
KC-135机组成员3人，另有1名加油操作员，机长41.53米，机高11.68米，翼展39.88米，最大起飞重量达到146.3吨，最新的KC-135R型装配4台CFM56涡扇发动机，巡航速度856千米/小时。
KC-135飞机采用与客机相同的常规布局，该机机翼的翼梁间有整体油箱，其他油箱位于机身底舱，总共有22个油箱，机身底舱的布袋油箱由尼龙纤维制成，1个仅重36公斤。
KC-135主要的空中加油手段是机身后部的硬式加油装置，几乎所有机内油箱的燃油都能从加油管输出。在伸缩套杆的末端，可以另外安装一个浮标锥套，以满足装备受油管的飞机加油需要。加油操作舱位于后机身下方的1个整流罩内，加油操作员向前倾斜乘坐，便于观察加油管和受油飞机，加油操作员可以在控制舱内操纵伸缩加油管。经过多点加油系统项目改进的KC-135还可在每侧机翼下挂1个软管-锥套加油吊舱，该机可在夜间和复杂气象条件下为各型飞机进行空中加油。
KC-135作为美军首个大量装备的喷气式空中加油机，可以为各种性能不同的飞机加油，相对于螺旋桨式的加油机加油安全性高，加油效率也大幅提高。KC-135最大载重油量92吨，在1852千米处可外供45吨燃油，硬式伸缩套管加油速度可达3360升/分钟，翼下加油吊舱加油速率1500升/分钟。KC-135的加油系统全部位于飞机机舱地板以下，因此飞机机舱可以用来运送货物或人员，根据载油量情况的不同，KC-135最多一次可以运载37.6吨货物或54名乘客。
目前，美国空军装备仍有近400架最新改型KC-135R在役，承担着空军约90%的空中加油任务。随着时间推移，KC-135的平均机龄已超过50年，美国空军不得不把一些超龄KC-135退役，因此数量在不断减少，目前已启动KC-46A项目用以接替KC-135。
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