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  B-25最初設計代號是NA-40-1,是北美飛機公司自主研發的三人座雙引擎輕轟炸機,選用的引擎是普惠R-1830-S6C3-G氣冷引擎(輸出功率1,100匹馬力);NA-40的設計源自於NA-39(XB-21),為北美公司在1936年接受陸軍航空隊委託與B-18轟炸機等一同競標,最後未能獲得採用的中型轟炸機。NA-40自NA-39的設計精進,而本機型研發之際,1938年3月美國陸軍航空隊提出需求通告(編號38-385),要求下一代轟炸機:航程1,200英里(1,900公里)、極速每小時200節以上(320公里)、酬載1200磅(540公斤)。北美公司隨即提出NA-40方案投標,並在1939年1月進行測試。  1939年1月29日,NA-40首飛,但是該次試飛便發現有一些問題亟待解決,最主要的問題是動力不足;隨即NA-40換用萊特GR-2600-A71發動機(輸出動力1,300匹馬力)解決原始技術限制,並更改代號為NA-40-2(NA-40B)。NA-40B在1939年3月投入美軍競標,競爭者包括道格拉斯7B(DB-7B)、斯梯曼X-100、馬丁167F;但是這次競標NA-40BB仍舊並未得標,且飛機在1939年4月11日的第二次試飛時便因意外毀損。由於無法繼續進行測評,最終該次競標案由道廠勝出,隨後DB-7B更名為A-20浩劫攻擊機。陸軍雖然沒有采購北美製品,但表示北美廠試驗機型的資料成果讓他們頗感興趣,而這也成為後續NA-40持續進化的伏筆。  北美雖在1938年競標案折戟,但戰火逐漸升溫前夕,美軍已逐漸開始擴張機隊規模;1939年3月,美國陸軍航空隊發出中型轟炸機需求通告:2,400磅(1,100公斤)酬載下極速超過300節(480公里),航程1,200英里(1,900公里)以上。北美以NA-40B設計再度改良,以代號NA-62的機型競標此案。在NA-62尚未變更代號前,1939年9月德國向波蘭宣戰後美軍決定儘快讓轟炸機量產,隨即NA-62改變代號為B-25,並簽下184架訂單。當時美軍需求戰力孔急的程度連尚在繪圖板的馬丁B-26轟炸機都業已下訂(也因此導致配備初期若干複雜的技術問題與意外事故)。為了紀念早年的航空戰略家威廉·米切爾,這種飛機就以他的名字來命名。  第一架量產的B-25於1940年8月19日進行首次試飛,此時採用的引擎為R-2600-9,每具引擎出力1700匹馬力。在B-25初期量產階段,北美公司為了增強飛機穩定性對外型持續修改;包括增加機身的寬度以提高載彈量,原先的肩翼改為中置機翼,修改座艙的外型,增加乘員的數目與自衛的火力。實際撥交部隊的飛機為1941年春天的B-25A(NA-62A),B-25A由於獲得更多來自歐洲戰場的戰鬥經驗教訓,便積極強化飛機結構與乘組員的防禦,但這個調整被認為仍然不足,在1942年初生產主力便更換為防禦火力更加完整的B-25B;1942年底,北美公司在加開產線之際完成了效能升級,稱為B-25C/D,同年北美公司的廠務代表開始外派到各戰場聽取飛官需求,並向原廠提出研究讓B-25搭載榴彈砲的重火力型號(B-25G)。  除了量產型號,北美在1942年曾使用B-25機體基礎開發以高空飛行適性為導向的中型轟炸機-XB-28,原型機效能不俗,然而在定位不明的問題下最終未進入量產。  B-25的修改版本,使飛機更適合實戰運用,增加了自封油箱、防禦裝甲、改良的尾部機炮炮座,總共生產40架。在1942年重新編號為RB-25A,無配發給實戰部隊使用。  在1942年初量產型號,總生產數120架。

  B型取消了機尾防禦機槍,而在機背及機腹增裝1座配備2挺12.7毫米重機槍的電力驅動可遙控伸縮式砲塔,有相當數量的B-25B配發到澳大利亞,但空襲東京的B-25全為B型機。其中有23架援助英國皇家空軍,稱為米契爾I。  由B型機改良的次型號,發動機由R-2600-9更換成R-2600-13,飛機除冰裝備改良;機鼻防禦火器增強為雙連裝12.7毫米重機槍,酬載量提高為2359公斤,且可搭載空射魚雷,有些改良型已經將機首機槍增加到4挺。  B-25C與B-25D是以生產工廠所在地區分的,就技術規格來說D型等同C型批次20之後的標準。C型生產地在加州英格塢(生產1,625架)、D型則在堪薩斯州的堪薩斯城(生產2,290架)。主要生產時間從1942至1943年,C/D型機同樣大量援助同盟國部隊,荷蘭皇家空軍被分配到162架軍援額度,但因最後沒有足夠資源接收,該批額度被分給蘇聯空軍與中華民國空軍,加拿大、英國也有得到援助,英軍稱其米契爾II。  除了陸軍航空隊,美國海軍航空隊也開始接收B-25作為海上巡邏機運用,海軍接收了50架B-25C、25架B-25D,並重新更名為PBJ-1C與PBJ-1D。  B-25D戰術偵察機型稱為F-10,共改裝45架,F-10拆除了所有防禦裝置、武裝,炸彈艙改造為油箱增加續航力,將機鼻轟炸瞄準儀觀測窗等空間改裝3臺K.17照相機使用,由於缺乏防禦,F-10主要用於地形測繪居多。  原型機由B-25C改裝,機鼻變更成裝備2挺12.7毫米重機槍、一門75毫米M4榴彈炮(備彈21發),1942年10月首飛。75毫米炮用來攻擊水面以上的目標,主要設計的目的為獵殺日本帝國軍艦。  從1943年,英格塢開始生產生產400架B-25G,堪薩斯城工廠則將至少63架B-25C改良成G型規格。  B-25G的改良型,全系列中火力最強的一個型號,H型生產了1000架,全於北美航空的英格塢工廠產製。  雖然設計大致與G型雷同,但撤除了機腹防禦機槍,機首75毫米榴彈砲換用重量較輕的T13E1型,機首兩側各加掛1挺12.7毫米重機槍,使正面火力增加成4挺,如果增掛夾艙則可達到正面火力8挺12.7毫米重機槍的密度;另外機體兩側的防禦機槍從單裝改為雙連裝,載彈量則有載彈量1361公斤。 B-25J是全系列當中最後一個大量生產的次型。共生產了4,318架B-25J(所有飛機都是1943年12月到1945年8月間,在堪薩斯生產),B-25生產數量最多的一種型號。不裝機炮,但是擁有18挺機槍(大部分“J”型),使之成為一種令人畏懼的攻擊機。1944年年中,位於地中海和太平洋的轟炸大隊首先得到了B-25J。

  1942 年中期,海軍和陸航簽署協議,為了給 B-29 轟炸機騰出產能(主要是發動機,使用同種發動機的波音 XPBB 海上騎士專案被取消)而交換波音的 Renton 工廠和堪薩斯工廠,海軍得到了 B-25 的生產權後按照當時的命名系統將該型飛機編號為 PBJ-1,即北美航空(J)生產的第一種(-1)巡邏(P)轟炸(B)機。機型包括 C、D 及後來的 H(PBJ-1H)和 J(PBJ-1J)。這也使得 B-25 成為少數在美軍跨軍種服役的飛機之一。

  B-25及各種改型一共生產了9800多架。截至2003年,9800多架B-25中,在美國聯邦航空局註冊的僅有75架。 2001年5月12日,來自美國各地的12架B-25進行了一次編隊飛行。幾位當年空襲東京行動的倖存者就在飛機上。知情人士表示,這次編隊飛行是1942年16架B-25飛機編隊飛行以來規模最大的一次。

  經由租借法案,英國在1942年5月至6月間得到首批23架的B-25B(米契爾I),這批飛機送往巴哈馬群島的拿騷,為英軍飛行員進行轉換教育訓練。1942年下半年,英軍開始接收B-25C,B-25B則返回英倫三島開始戰備。1943年1月22日,英國皇家空軍第98、第122中隊的米契爾空襲根特,試圖摧毀當地儲油;相對執行戰略轟炸的轟炸機單位,歐洲戰場的米契爾主要都是執行戰術支援,尤其在1944年6月反攻法國後,米契爾的任務更加吃重,部隊也從英國移駐法國與比利時;同時在皇家空軍協助下,包括自由法國、荷蘭、波蘭等國的飛官都納編至皇家空軍,組成了屬於該國軍人的B-25轟炸機中隊。  在蘇聯戰場,蘇聯獲得的B-25軍援量略等同英國得到的規模,由於蘇聯空軍擔負戰術轟炸任務的機種較為充足,因此蘇聯的B-25主要任務是遠端戰略轟炸。至1945年1月,蘇聯空軍有18箇中隊、操作291架B-25;到1946年6月12日統計時還有252架B-25服役中。  在歐洲西線戰場的米契爾最後一次戰鬥任務是1945年5月2日,47架B-25空襲波茲坦的軍需倉庫。

  

  二戰中被應用於吉米·杜立特(Jimmy Doolittle)策劃的對日本本土的轟炸。任務名稱為空襲東京,原本計劃由24架B-25飛機編隊進行,但由於“大黃蜂”號航空母艦無法裝下那麼多B-25,最後確定為由16架B-25完成任務。1942年4月1日,飛機及機組人員登上航空母艦。次日由加利福尼亞出發。但是4月18日在距離日本約1300公里海域處,被日本巡邏艇發現,航空母艦不能繼續前行,杜立特決定提前起飛。8時18分,杜立特第一個起飛併成功,跑道還剩下約30米沒用上。剩下15架B-25也在9時21分前陸續成功起飛。他們採取單機跟進的縱隊,於12時30分飛臨日本上空並投擲炸彈,之後飛向中國,但因提早起飛,有一些B-25燃料耗盡沒能到達中國的機場,迫降在中國南昌(已被日軍佔領的區域)。多名轟炸機人員被日本軍俘獲,但在中國士兵(即國民政府部隊士兵)幫助下轟炸機人員成功回國。

  中華民國空軍以租借法案方式獲得B-25,1943年起8月起開始加入中國戰場,接替日趨老化的SB-2,成為中國戰場的戰術打擊任務主力;換裝此型機的部隊為中美混合團第一大隊與中華民國空軍第二大隊,早期使用的機種為B-25C/D型,抗戰後期才陸續補充B-25J型。B-25因為具有足夠的載彈量與對地掃射火力,主要用來打擊日軍在中國戰場的交通線與補給線,包括在長江甚至是香港或海南島的日軍船隊;在重大會戰時會支援前線支援任務,如常德會戰期間B-25多次與戰鬥機部隊偕同攻擊日軍集結部隊施以壓力。偶爾也會實施戰略轟炸,如1943年11月25日中美空軍轟炸臺灣新竹機場也有B-25參與。
B-25米切爾型轟炸機(英語:North American B-25 Mitchell)是北美航空公司於1938年設計的一種上單翼、雙垂尾、雙發中型轟炸機。