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刘易斯轻机枪似乎从诞生伊始就与飞机结下了深厚的渊源。刘易斯中校在提交原型枪进行测试之初，就做出了一件举世瞩目的的事：在他的精心安排下，1912年6月7日，一挺刘易斯机枪样枪被装上了美国飞行员麦林中尉驾驶的一架莱特B型双翼机的脚踏横杆上，机枪后方坐着时任美军马里兰州考利奇帕克机场指挥官查尔斯·德福雷斯特·钱德勒（Charles deForest Chandler）上校。飞机起飞后，钱德勒扣下了刘易斯机枪的扳机，成为了世界上第一个在飞行中射击机枪的人。落地之后，钱德勒手握刘易斯机枪坐在飞机上的那张照片占据了全世界各大报纸和杂志的显要位置，刘易斯机枪的机载安装成为军事航空史上的一座重要里程碑。
刘易斯轻机枪在一战中被大量使用，不仅装备了步兵部队，还大量作为航空机枪安装在一战中的侦察机、战斗机和轰炸机上。这种气冷式机枪性能优异，无需使用弹带供弹，毫不意外地成为一战中航空机枪的绝佳选择。除了英军之外，那些在陆军中没有装备刘易斯机枪的协约国国家的军队，如法国、俄国和意大利也在军用飞机上采用了刘易斯航空机枪。其中，法国与意大利都保留了英制机枪的7.7毫米口径，并进行了适合本国空军的改进，只有俄国人针对7.62×54毫米弹药更改了机枪的口径。
钱德勒上校在飞机上的留影，1907年8月1日，美军成
手握刘易斯机枪的钱德勒上校
去掉铝制散热套管，只保留根部散热铝片的刘易斯MkⅠ型航
采用大容量97发弹盘的刘易斯MkⅡ型航空机枪。
加装金属护套与枪口消焰器的刘易斯MkⅡ型航空机枪。
安装47发弹盘的刘易斯Mk Ⅲ型（皇家海军航空部队样式）。
一战结束时，步兵用刘易斯轻机枪结构并没有发生重大改进，刘易斯航空机枪却为适应飞机作战需要几经改良。最初搬上飞机的刘易斯机枪只是换装了环形表尺，并将枪托换成了铁锹握柄形，便于在空中射击时握紧，该类机枪最初被统称为刘易斯MarkⅠ型航空机枪。但由步兵型简单发展而来的MarkⅠ机枪在空战中出现了问题，散热管在高速气流中不能正常进行冷却，使得枪管比地面上更容易过热变形；此外，机枪射击抛出的弹壳还容易划伤飞机的蒙皮甚至螺旋桨。
根据前线的反馈，英国伯明翰轻武器公司为航空机枪安装了弹壳收集袋；47发弹盘也换装为容量更大的4层97发弹盘，弹盘上侧安装有提手，便于飞行员单手抓取更换。另外，鉴于枪管下侧的活塞套筒易发生损坏，从1915年11月开始，刘易斯航空机枪的枪管外部又增加了一个直径62.5毫米的金属护套。1916年中期，进行过多项改进的刘易斯航空机枪被称作MarkⅡ型，97发弹盘是其最为主要的特征。在英国皇家海军飞行部队服役的刘易斯航空机枪与皇家飞行军团的样式略有不同，其枪管外部的散热管最先被去除，部分还加装了金属护套。此外，海军型最先应用了诺曼中尉发明的可调风偏准星。BSA公司吸取了海军型机枪的诸多优点，减轻整枪重量并提高了射速。
海军型以及后来改良的刘易斯航空机枪被称作Mark Ⅲ型，在海军航空兵和皇家飞行军团同时推广应用。刘易斯Mark Ⅲ航空机枪的射速进一步提高到每分钟750-850发，但这也加速了枪械部件的磨损。该枪还采用了诺曼中尉设计的“诺曼可调风偏准星”（Norman Wind Vane Sight）。这种瞄具考虑到了飞机自身速度和飞行状态对机枪瞄准的影响，有利于提高射击精度，但在实战中飞行员更喜欢用眼睛直接瞄准，凭曳光弹的轨迹来进行射击调节。
20世纪20年代，刘易斯航空机枪继续作为英军侦察机观测员以及部分轰炸机的防御机枪使用，但在20世纪20年代末期，随着英军飞机飞行高度的不断提高，刘易斯Mark Ⅲ航空机枪经常暴露出润滑油冻结致使枪机失效的问题。从20世纪30年代初期开始，该枪陆续被射速更高的维克斯GO航空机枪以及后来的勃朗宁7.7毫米航空机枪取代。
刘易斯航空机枪使用的四层共
英国皇家海军航空部队装备的FE2d型飞机，该飞机安装
正在更换刘易斯航空机枪用97发弹盘的英军
一战时期军用飞机上伪装为刘易斯航空机枪的航空照相枪。
一名协约国飞行员正在手持一挺刘易斯航空照相枪进行瞄准。
由法国人改良的达恩版刘易斯航空机枪。
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刘易斯Mk Ⅲ航空机枪采用的诺曼可调风偏准星，用
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一战期间，刘易斯轻机枪凭借较轻的重量以及97发弹盘所提供的持续火力，成为英法空军侦察机、战斗机、轰炸机甚至飞艇上的重要武器。1915年夏，英国生产的布里斯托C型侦察机最先安装了改装后的刘易斯Mark Ⅱ航空机枪，机枪去除了散热套后，以30度角安装于机身侧面，以避免击中螺旋桨。受枪机结构的制约，刘易斯机枪很难与螺旋桨实现同步射击，因此更多地安装在后部机枪手或观测手使用的360度旋转助力升降的斯卡夫环形枪架（Scarff Ring）上。该枪发射的燃烧子弹可以轻易击落空中的拦阻气球和齐柏林飞艇。
一战后期，刘易斯航空机枪采用“福斯特机枪架”（Foster mounting）安装在英法双翼战斗机的顶翼中央位置，机型包括法国纽波特11、纽波特17、英国SE5a、索普维斯“骆驼”与布里斯托F2b战斗机的部分子型号。顶翼安装刘易斯机枪可以使其射击弹道避开飞机螺旋桨。弹药告罄后，飞行员可以向下摆动枪架来更换弹盘继续射击。协约国空战王牌埃尔伯特·波尔（Albert Ball）甚至发明了一种斜向射击的方法，即向下摆动刘易斯机枪，利用德机侧下方的盲区进行偷袭。一战中，刘易斯航空机枪还曾经作为英国SS级、CS级与NS级飞艇的防御机枪使用。
安装于侦察机或轰炸机后侧射击位置的斯卡夫环形枪架，所安装的
采用“福斯特机枪架”安装的一挺刘易斯
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由英国德·哈维兰公司生产的DH9型战斗机，后座观察员位置采用斯卡夫
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法国生产的纽波特11型战斗机，一战时期也曾广泛装备英国皇家飞行团
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由英国布里斯托公司生产的布里斯托F2B战斗机，后座位置同样采用斯卡
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由英国皇家飞机厂设计的著名SE5a战斗机。
SE5a战斗机采用“福斯特机枪架”在上部机翼位置安装了
一战爆发后，英国德
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一战爆发之初由英国德·哈维兰公司生产的DH2型战斗机
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一战爆发前，由英国德·哈维兰公司设计生产的BE2e型侦察机，该机是著名
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索普维斯·骆驼2F.1型战斗机，该飞机是一战中协约国阵营中性能极其
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一战期间由英国索普维斯公司研发的索普维斯·海豚战斗机，该飞机创造性地采用
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斯帕德A.2型战斗机是由法国著名航空企业斯帕德公司生产的第一款军用飞机，
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斯帕德A.2型战斗机是由法国著名航空企业斯帕德公司生产的第一款军用飞机，
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一战期间英军装备的著名汉德利·佩吉O/400型轰
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一战末期，英国人研制的维克斯·维米双发轰炸机，该机未及投入使用战争便结
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一战时期英国皇家海军航空部队装备的SS级小型侦察飞艇，一般由
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一战时期，英国皇家海军航空部队装备的NS级远程海上侦察飞艇，吊有大型乘员
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