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图154是图波列夫设计局设计的第一种脱离了“轰炸机味道”的客机（此前的图104、图114、图124和图134等客机都带有浓厚的轰炸机特征，比如领航员舱）于1966年开始设计，设计目的是为了取代当时苏联民航的运输主力图-104、伊尔-18客机（它们一个经济性能太差、一个飞得太慢）。1968年初在莫斯科附近的茹科夫斯基工厂进行地面滑行试验，1968年10月14日首次试飞。共有6架原型机和预生产型机用于试飞，从第7架开始交付给前苏联民航局使用。1971年前苏联民航用所接收的第一架图-154进行初步验证飞行和机务人员训练飞行，1971年5月开始邮件和货物运输，7月开始投入莫斯科－第比利斯之间航线客运飞行，1972年2月9日开始莫斯科－北高加索矿水城的航线飞行，同年8月1日，开始执行莫斯科－布拉格的国际航线飞行。该型号最新改进型是图154M（原称图164）。是图波列夫设计局对图154B型的结构进行必要的修改后于1980年提出的方案。1984年12月27日第一架图154M型机交付苏联民航使用。
图154M不同于旧型号的区别在于其尾翼重新设计，机翼的缝翼减小，扰流片加大，尾部中央发动机进气口扩大，原位于中央发动机下的辅助动力装置移至机身尾锥内。换装索洛维耶夫D-30KU-154涡轮风扇发动机，比先前的型号经济、宁静和可靠。俄罗斯航空图-154M的出勤可靠率持续高于99%。
采用客机典型的悬臂式下单翼设计，普通全金属三梁破损安全结构。三缝式襟翼，缝翼为液压驱动，襟翼为电动。每侧机翼有4个扰流片，机翼内侧的两个扰流片可作为减速和卸升装置。外段副翼提供横向操纵，内段副翼在飞行中可作为减速板。前缘缝翼配备电热防冰设施。
采用T型悬臂式全金属结构，方向舵和升降舵为蜂窝结构。尾翼全部操纵面均为液压操纵。垂尾、平尾前缘均为发动机引气防冰。
采用普通圆截面全金属半硬壳式结构。机身截面直径3.8米。除机头雷达罩内和装有辅助动力装置的尾锥为非增压舱外，其余各舱均为气密增压舱。为窄体客机的经典结构。
采用液压可收放前三点式。前起落架向前收入机身，主起落架向后收入机翼后缘整流罩内。圆盘刹车，有防滑装置。前起落架为并列双轮，主起落架为6轮小车式，这种小车式起落架可以使图-154可以在条件比较恶劣（比如不太平整）的跑道上安全使用。
图-154A型之类的早期型号装三台库兹涅佐夫NK-8-2U型涡轮风扇发动机，其中两台悬挂在机身尾部两侧，中间一台位于机尾，其进气道弯曲延伸至垂直尾翼根部。图-154M换装索洛维耶夫D-30KU涡轮风扇发动机，单台推力有所增加。燃油全部储存在机翼的6个整体油箱内，为调节各油箱的燃油量，各油箱都同集油油箱相连，在应急强迫着陆情况下，可用二氧化碳气体迅速冲放掉油箱中的燃油。发动机进气道前缘有发动机引气防冰装置。各型都装一台TA-95辅助动力装置。
驾驶舱采用三人驾驶体制，内有正、副驾驶员和飞行工程师3个座椅，图154M型的驾驶舱内增加了领航员和教员两个座椅。客舱基本型的标准布局为每排6座，前舱54座，后舱104座，共158座。最新型图-154M座位增加到175个。共有4个客舱门和4个应急出口。货舱为增压舱，前后两个舱门，并自行带有货物装卸机械。
图154采用自动飞行控制系统和惯性导航系统，测定相对地面导航台距离和航向的无线电导航系统，修正偏航角和对地速度的多普勒雷达系统，活动地图显示器，可记录惯性导航系统和无线电导航系统的数据。数字/模拟混合型计算机可以综合来自飞机大气数据传感器和导航设备的数据，提供给自动飞行控制系统使用。应答器提供本机速度、高度以及对地面雷达的识别。3套迎角传感器，PB-5无线电高度表，APK-15型无线电罗盘，短波和超短波通信电台，装在机头罩内的气象雷达。最新改型的图-154M还有与自动驾驶系统配套使用的3通道自动驾驶仪，飞机起飞到400米以后到降落至30米之前这一飞行阶段可使用自动飞行操纵系统。
图154问世后，中国并没有立刻引进；当最新型的图154M首飞后中国空军看中了其大载量高速度的远航程，决定引进一批作为专机使用。
图154M在中国军队系统的使用单位：中国空军和由中国空军专机师转制的中国联合航空公司
1985年7月，第一批六架图154M由苏联机组驾驶，从莫斯科伏努科沃机场起飞飞抵北京首都国际机场，随后由空34师接收后转场北京南苑机场后编入空军第34师（专机师）服役；第二批四架于1990年从莫斯科直接飞抵北京南苑机场（此时由空军34师改制的中国联合航空公司已经成立），随后第三批两架于1991年、第四批三架于1993年陆续抵达，此时由于苏联已经解体，国内局势动荡，俄罗斯方面亦停止了对该型机的技术售后服务，因此这批飞机的复检完全由中国空军独立完成。
2003年，根据中央“部队不得从事经商活动”的政策，中国联合航空公司停止了所有商业航班飞行，所属飞机重新被空军收回，虽然在2004年，经民航总局正式批准，上海航空股份有限公司与中国航空器材进出口集团公司共同出资，上海航空公司控股80%、中国航空器材进出口集团公司控股20%，重新组建成立了中国联合航空有限公司，实现了“军转民”。但所有的图154M型飞机均未再作为客机投入运营，而是留在了空军部队（如今新联航的主力机型是八架波音737-700和三十一架波音737-800）。另外，空军还从民航接收了部分退营的TU-154M型客机，其中一部分被改造成特殊任务飞机（如电子侦察机），继续为空军服务。最近的一次重大行动是搜寻马航MH-370失联航班。
下面是本厂长绘制的部分联航/空军所属的TU-154M型飞机（含特殊任务飞机）的编号涂装（有原机对照，有图有真相）：
民航所属的图154M型机的涂装本厂长将另文奉送，敬请期待。