硬式空中加油系统（与软管-浮锚式加油相对应），也称为伸缩桁杆式空中加油设备亦称“飞桁（Flying Boom）”式加油装置，由美国波音（Boeing）飞机公司所研发成功，紧随在英国的软管式加油设备之后，于1949年12月开始使用。加油机的尾部结构装有一具由两截可伸缩的刚性伸缩管所组成的加油桁杆与操作人员控制舱，其结构与机尾结构合而为一，在控制舱的操作人员是在机上趴着操作的。

装备硬管加油系统的加油机在尾部设有一个加油操纵舱，由1名加油操纵员控制加油过程。

加油桁杆平时为收起状态，进行空中加油作业时将其伸出。在加油桁杆的中间装有V形操作面，后缘间的夹角约130度左右，V形操作面的作用类似于航空器的升降舵，操纵它可使加油桁杆在一定范围内移动。例如美国KC-135加油机上的飞桁式空中加油设备，其内管的伸缩距离为6米，上下活动范围各为54度角，横向活动范围为34度角，并且由专职的加油操作人员进行操作。硬管空中加油只要求受油机飞到与加油机相近的一定区域，由加油机操纵输油硬管去对接受油机的输油口。软管空中加油才需要由受油机飞行员操控飞机，让机头前端的输油口对接上软管末端的锥套。 硬管加油系统安装在加油机机身内。加油机尾部装有一根可伸缩的半刚性加油管，由主管和套管两部分组成，全长约14米，伸缩范围约6米。当受油机飞至加油机后下方适当位置，加油机伸出输油管，插入受油机机头上方的受油口，自动锁定后即开始加油，这种装置每分钟最多可输油6.5千升。

当受油机欲加油时须参考加油机机腹的黄色参考线，及加油机操作员指示调整速度及位置。在进行空中加油作业时，加油机上的操作员通过信号指挥受油机接近已伸出的加油桁杆。当两机之间的距离很近时，相对位置保持不变，然后操纵V形操作面小翼，并通过加油桁杆的长短伸缩，到达适当位置后使之与受油机上的受油管衔接。由于有加油员的操作，所以使用飞桁式的空中加油设备时，受油机飞行员的操作相对于使用软管-浮锚式空中加油设备时要更容易些。一旦两者衔接好，加油桁杆便自动锁定开始给受油机输送燃油。加油作业完毕后的两机分离，可由飞行员控制，受油机的速度可放慢或是加油机的飞行速度提高，使加油桁杆自动开锁，燃油输送自动切断，两机于是自加油作业编队脱离。

采用硬式空中加油系统加油设备，具有输油速度快，可达到每分钟6,000升左右，因为是使用刚性杆，所以对空气乱流不大敏感，并有衔接操纵方便等优点。

其缺点是一次只能给一架战机加油，通用性差，并且需要有受过专业训练的加油操作员。美国空军军用航空器大部分采用此种方式执行空中加油任务，操作机种有波音公司的KC-135E/R与KC-10。

歼20的02号机的机背上出现两道明显的横杠，一般而言飞机上这么明显的标志都是有专门的用途的，对着国外飞机来看，最有可能就是硬式空中加油系统的受油口。如果属实，那么我国可能是继美国之后第二个配备硬式空中加油系统的国家。

为了避免在空中加油机及预警机等关键机型上受制于人，我国在本世纪启动了大型军用运输机的研制，并列入国家重大专项，根据相关资料我国大型军用运输机以伊尔-76为蓝本，通过对气动、发动机、航空电子、货舱等系统进行改进，性能较之原型机有了较大的提高，为国产空中加油提供较好的原准机，以伊尔-78空中加油机为基准，未来我国大型空中加油机的载油量可以达到或者超过100吨，输油量可以超过80吨，达到世界先进的水平，可以大大提高我国空军的远程作战能力。与新型空中加油机相配套，我国同时进行了第二代空中加油系统的研制，根据有关资料介绍，我国第二代空中加油系统采用的就是硬式空中方式，并且改装了一架图-204硬式空中加油机试验机，标志着我国成为继美国和法国之后，第三个掌握这种空中加油方式的国家，

硬式空中加油系统比软式空中加油系统要复杂的多，硬式空中加油系统设计的难度，特别是控制系统的设计难度决不亚于一架飞机因为硬式空中加油系统的控制律不但与选定的背景加油机自身的气流场有关，还与受油机的气流干扰影响等有关，特别是大型加油机，需要通过大量的理论研究、计算、试验及人在回路的仿真等，才能最终形成最终的空中加油系统方案，同时还要进行大型飞机的改装，试验，最终才能交付部队使用，歼-20的背部标志则清楚无误的告诉我们，我国第二代空中加油系统就是硬式空中加油系统，我国空军将是继美国空军之后，第二个装备硬式空中加油的空军，法国虽然也研制相关系统，不过考虑到造价等原因，法国空军还是继续使用软式空中加油系统。