研製背景
X-15高超音速研究項目是由NASA牽頭，聯合美國空軍、海軍和北美航空公司共同進行的。在近十年的時間裡，X-15先後創造了6.72馬赫和108,000米的速度與升限的世界記錄，它的試驗飛行幾乎涉及了高超音速研究的所有領域，並為美國後來水星、雙子星、阿波羅有人太空飛行計畫和太空梭的發展提供了極其珍貴的試驗數據。在X-15整個試驗飛行過程中，研究人員根據其飛行數據總共撰寫了765份有價值的研究報告。
性能數據
美國X-15驗證機X-15機長15.30米，機高3.53米，翼展6.79米，採用中單翼設計，最初裝備兩台XLR-11火箭發動機（後改為XLR-99）。X-15機身表面覆蓋有一層稱作Inconel X的鎳鉻鐵合金，可抵禦高速飛行時產生的1,200度高溫。由於火箭發動機燃料消耗量驚人，所以X-15必須由一架B-52載機帶入空中。從載機上釋放後，X-15自身攜帶的燃料只能飛行80～120秒，因此餘下來的10分鐘左右只能是無動力滑翔。降落時，X-15機身前部下方安裝有常規機輪，機身後部則為兩個著陸滑撬。
1964年2月，兩架X-15被改裝為X-15A-2。後者機身加長了71厘米，機翼下增加了兩個分別裝有液氨和液氧的罐體，它們可以為X-15A-2多提供60秒的飛行時間。X-15A-2在1967年創造出了6.72馬赫的世界最快速度記錄。
這是跨、超音速飛行驗證機系列中最成功的一種, 共生產了三架。到目前為止還沒有一種飛機比它飛得更快。當時設計的目的就是要驗證高超音速飛行可能遇到的各種問題。 X-15從50年代末開始製造到最後一次飛行，經歷約10年時間，總費用3億美元，後來還為阿波羅宇宙飛行計畫做過飛行試驗, 在保持美國軍用航空技術領先地位方面功不可沒。
所創記錄
美國X-15驗證機在多年的試飛過程中，X-15不斷創造飛機的高度、速度世界紀錄。1962年7月17日，飛行員羅伯特·懷特駕駛一架X-15飛到95684米高度。這項高度紀錄使他獲得一枚空軍航天員徽章(標準是起碼到達距地面80千米高空)，成了空軍培養的第5位太空人。與前4位太空人不同的是，前4位都是直接乘運載火箭升空的，而懷特是乘火箭動力有翼飛機達到這個高度的。x-15飛機先後共造就了8位航天員。
1963年8月22日，X-15飛到107960米, 創造了有翼飛機新的飛行高度世界紀錄。1967年10月3日，X-15A-2達到M6.72(每小時7272千米)的速度，這是有史以來所有飛機達到過的最快速度。x-15的試飛取得了大量很有價值的高超音速飛行氣動力和氣動加熱實測數據。
該機的製造商為北美航空公司，動力裝置為1台XLR-99-RM型液體火箭發動機, 採用液態氧和氨作燃料，推力256千牛。 機內燃料能維持發動機工作80～120秒。 推力可在40％～100％之間調節, 這一點比X-1飛機有很大改進。
試飛歷程
美國X-15驗證機首架X-15於1956年9月開始製造。1959年6月8日首次完成無動力滑翔著陸。同年11月5日，第二架X-15在試飛中起火, 抖震嚴重，飛行員關掉發動機著陸，由於著陸的力量太大，飛機的滑撬式起落架插進著陸場地羅薩蒙德鹽湖，機身從座艙之後全部折斷，翌年11月修好恢複試飛。1962年11月9日，這架X-15著陸時再次發生事故。後來在修復時作了重大改進，將機身加長73.66厘米並加裝兩個很大的副油箱，一個裝液氧，另一個裝氨, 從而增加了火箭最大工作時間。另外，在飛機蒙皮外加了一層粉紅色燒蝕材料保護機體,外表再塗白色密封漆，結果飛機可承受的表面溫度增至1648°C, 從而能滿足飛行速度高達M8的耐高溫結構材料的需求。1967年這架X-15A-2飛機創造了世界飛行速度紀錄。但在隨後發生的發動機架燒毀故障中，飛機迫降損壞, 無法再次使用。1960年6月8日第三架X-15 上的XLR-99發動機在一次地面試驗中爆炸，把飛機的後半部分完全毀壞。修好恢復飛行後,於1967年11月15日因進入螺鏇，雖經努力改出螺鏇，但終因飛機過載太大而斷裂。到1968年10月24日，僅存的第一架X-15 進行了最後一次飛行。三架X-15飛機一共試飛199次。
構型設計
美國X-15驗證機三視圖隨著超燃衝壓發動機技術日益成X-51驗證機開始逐漸步入人們的視野。據美國媒體報導，在位於五角大樓E區一間寬敞的辦公室內，美國空軍首席科學家馬克?劉易斯的咖啡桌上放著一個X-51全尺寸模型。在回答有關高超音速巡航飛彈的發展前景時，劉易斯表示對於這個研製項目充滿信心，並強調X-51驗證機不只是實驗研究，其設計直接著眼於套用。
X-51採用楔形頭部、升力體機身、後部控制面和腹部進氣道，外觀介於太空梭和未來風格的巡航飛彈之間。驗證機長4.26米，採用標準的鎳合金製造，並非稀有材料，空重約635千克。
X-51驗證機採用了將高超音速飛行中極度惡劣的某些不利因素轉化為有利因素的方法。例如，飛行器在大氣中以高超音速穿過空氣時，將相繼產生一系列的激波，會帶來極大的波阻。為此，X-51採用了一種乘波構型，採用專門設計的尖銳頭部，可以按精確角度組織和分布所需的激波系，使激波系產生的所有壓力直接作用在機體下方，從而提供升力。
X-51採用扁平的尖銳頭部，將高超音速下氣流產生的激波聚集在腹部的矩形進氣口。這些激波可以壓縮空氣，無需通常情況下實現這種作用的機械部件。利用一個隔離段的高壓氣流調節到適合於燃燒室工作需要的穩定壓力，將氣流
減速會增加飛行器的阻力，但是可以滿足更加完全的燃燒。隨後，壓縮空氣和霧化的JP-7噴氣燃料混合點火燃燒，產生推力。因為高超音速飛行持續產生的溫度高達4500度，燃料還作為冷卻劑，以避免發動機壁面被熔化。
高超音速飛行時，由於壓力、阻力和高溫等因素的影響，X-51不得不在機身後部採用了4個控制面。儘管由於想像圖中的角度有所差異，但可以肯定的是，下方的2個控制面主要起俯仰控制作用，上方的2個控制面主要起方向控制的作用。
X-51預計在2008年首飛。與X-43A的試飛類似，X-51將掛載在B-52轟炸機的翼下，在13716米高空投放。其後部裝有美國陸軍“先進戰術飛彈系統”（ATACMS）的火箭發動機作為助推器，點火後將其推進到M4.5，並且達到30480米的高空。然後，X-51將拋掉助推器，起動超燃衝壓發動機，加速到M6.0一M7.0以上。
高超音速巡航飛彈雛形
美國X-15驗證機美國空軍正以極大的興趣關主X-51的研製工作，期望能為第一種高超音速巡航飛彈的問世鋪平道路。據稱一旦2008年的試飛達到預期目標，X-51的氣動外形和動力裝置將會很快成為高超音速巡航飛彈的設計構型。
這裡需要提及的是，X-51作為一種試驗平台，主要任務是驗證超燃衝壓發動機是否成熟，但AFRL已經開如考慮下一步利用這種平台試驗一種組合循環發動機，將超燃衝壓發動機與高馬赫數渦輪噴氣發動機有機組合，以便排一步擴大試飛包線。
據美國空軍的初步估計，以X-51的最大飛行重量1050千克為參考，未來以其為基礎發展的巡航飛彈可以攜帶110千克載荷，射程達到1100千米以上，依靠高超音速撞進目標，獲得殺傷效果。這種新型巡航飛彈與AGM-158“聯合防區外空地飛彈”具有相近的尺寸，可以利用B-52和其它噴氣式戰鬥機發射。同時，由於它使用JP-7噴氣燃料，而不是火箭燃料，因此能較好地適合於現有的後勤保障體系。
X-51的成功與否很大程度上決定著美國“全球敏捷打擊”計畫的進展。然而從目前來看，美國還需要花費更多的時間和經費才能進一步使高超音速技術成熟並實用化。或許，在攜帶常規彈頭的“三叉戟”II彈道飛彈服役多年後，X-51“乘波者’，的研製工作仍然還需要十餘年、甚至更長的時間，因此，高超音速巡航飛彈最快也要等到2025年左右才有可能裝備。儘管如此，稍瞬即至的高超音速武器一旦發起迅雷不及掩耳的攻擊，所具有的威力和震撼絕對不亞於核武器，將給未來戰場帶來了新的威懾，絕對不容小視。
