为了探索航空航天领域众多的未知领域，美国人开始了 X 系列试验飞行器的研究工作。1945 年初，世界上第一架火箭动力试验机 XS-1（后来命名为 X-1）在美国军方的资助下首飞成功。这之后，X-3、X-4、X-5 等一大批试验飞行器相继飞上了蓝天。在随后近三十年的发展过程中，以 X 冠名的试验飞行器几乎每年都要研制一种，其研制速度也快得惊人，这段时间因而也成为了 X 系列试验飞行器发展的黄金时期。
越南战场上的节节失败和苏联全球范围内的战略紧逼，让美国开始进入战略调整阶段。在这种大环境下 X 系列试验飞行器的研制计划也陷入了停顿，从 1971 年至 1983 年美国没有进行任何一种 X 型试验机的研制工作。
强硬的里根总统上台后，沉寂了多年的 X 系列试验飞行器计划终于迎来了转机，1984 年 X-29A 前掠翼试验机的首飞成功重新拉响了美国向未知航空航天领域前进的号角。仅在上个世纪九十年代的十年间，就先后有 14 种 X 型试验飞行器投入研制，X 系列试验飞行器计划的第二个黄金发展时期来到了。
今天，X 系列试验飞行器已经不再单纯以“更高、更快”作为其发展目标了，跨大气层飞行器、太空营救系统、无人隐形武器投送平台等成为新的发展亮点。可以肯定的是，在未来的日子里我们一定会看到越来越多更加先进的 X 系列试验飞行器飞上蓝天……
X-1 试验机和 B-29 载机
X-2 试验机项目于 1945 年由贝尔飞机公司、美国陆军航空队、NACA 共同承担研制任务，它是一种装备火箭发动机、后掠翼的试验用机，其主要用途是为了研究飞行器在高空高速飞行条件下的气动力加热对机体结构的影响，以及飞行稳定性和操控有效性。
X-2 机长 13.84 米，机高 3.60 米，翼展 11.55 米。其机身使用了不锈钢和 K-monel（一种铜镍合金）材料，其动力为一台寇蒂斯 XLR25 液体火箭发动机。鉴于早期 X-1 发生的事故，X-2 为飞行员安装了一个逃生舱。在紧急情况下，逃生舱可脱离主机身并打开稳定降落伞。当逃生舱降落到一定高度的时候，飞行员再可打开舱盖自行跳伞逃生。即便如此，一架 X-2 还是在一次燃料泄漏事故中发生了空中爆炸，试飞员当场死亡。
X-2 试验机与B-50载机
X-3
[上图]道格拉斯飞机公司研制的 X-3 机长 20.36 米，机高 3.81 米，翼展 6.92 米，其外形就像一把短剑，是早期 X 系列试验飞机中外形最流畅的。与 X-1、X-2 不同，X-3 是借助自身的动力起飞和降落，并能保持进行 2 马赫巡航飞行。X-3 机体结构首次尝试大量使用钛合金，同时还进行了低展弦比、高翼载机翼的可行性研究。X-3 的机身细长机翼短粗，这是当时美国正在研制中的战斗机的典型布局。后来，F-104“星”战斗机的翼形就是取自 X-3。
X-4
[上图]洛斯罗普飞机公司的 X-4 主要是用来验证半无尾翼超音速飞行的可行性，当时许多人认为这样一种取消了水平尾翼的设计将能避免超音速飞行时机翼和水平尾翼之间振荡波的相互干扰。
X-4 机体相当小巧，机长仅为 7.07 米，机高 4.54 米，翼展 5.15 米，只能容纳两台 J30 喷气发动机、一名飞行员和必要的设备，携带的油料也只能维持 45 分钟。不过小也有小的好处，X-4 几乎所有的地面维护工作都可以不需要登机梯或脚凳来完成，地勤人员站在地面上就可以很容易的看到机舱内部的情况。
X-5
[上图]贝尔飞机公司的 X-5 将研究的重点转向了变后掠翼。X-5 在外形上大量借鉴了德国在二战期间研制的 P.1101，都是机头进气、气泡式座舱和下置发动机设计。X-5 的机翼可在 20～60 度之间变换，总共需要 20 秒钟。当电动后掠装置失效后，飞行员可使用手闸完成掠翼工作（X-5 只能在低于 40 度的后掠角度下安全着陆）。X-5 机长 10.18 米，机高 3.66 米，翼展为 6.34 米。
X-6
[上图]在那个核力量至高无上的年代里，美国空军甚至开始考虑将核反应堆作为飞机的动力来源，以获得超长的飞行能力。X-6 项目正是在这种背景下出台的，按照美国空军和美国原子能委员会的最初设想，X-6 以 B-36 轰炸机为基础，安装一台通用电气 P-1 型核反应堆，其产生的热能将带动四台通用电气 J47 涡轮喷气发动机运转，从而为 X-6 提供飞行动力。
X-7
洛克希德导弹与空间公司研制的 X-7 主要用来进行高速冲压喷气发动机的研究工作，其主要型号有 X-7A-1、X-7A-3 和 X-7B。X-7 体形很独特，其长度为 9.99 米，翼展为 6.34 米，因而常被人戏称作“飞行大烟囱”。试验飞行时，X-7 会由载机 B-29 或 B-50 升入空中，然后脱离载机其尾部助推器点火发动从而自行飞行。冲压发动机开始工作后，助推器则随即与 X-7 脱离。
在长达 9 年的试验飞行中（1951 年 4 月首飞），X-7 除了进行冲压发动机的测试外还进行了导航与控制试验、助推器推进试验、高速降落伞试验、热力学试验等诸多研究科目。美国空军、陆军和海军均参与了 X-7 的试验飞行，这在 X 系列试验飞机研制史上是不多见的。X-7 是世界上第一架采用冲压喷气发动机速度达到 3 马赫的飞行器。
X-8
X-8（海军代号为飞行蜜蜂 Aerobee）是一种十分廉价的无制导探空火箭，长度为 6.12 米，直径为 0.38 米。在其头锥内携带有各种光学、大气、生物等试验设备，以搜集关于太阳辐射、高空风、地球磁场和火箭空气动力学等方面的数据。X-8 装备有 RTV-N10 型液体燃料火箭发动机和固体燃料助推器，最大速度可达 6 马赫。
X-11
X-12
X-12 长度为 31.40 米，直径为 3.65 米，其第一级安装有四台北美 XLR-43-NA-5 火箭发动机，第二级则是一台，最大速度可达 18 马赫。X-12 先后制造过 5 枚，但和 X-11 一样都在试验中消耗了，没有任何一枚能够保存下来。
X-13
X-13 是一种纯粹使用喷气发动机来完成垂直起降的试验型飞机，垂直起降技术现在看来已经不是什么新鲜事了，但在二十世纪五十年代中期却是相当前卫同时也是难度颇大的设计。
X-14
X-14 的机身和机翼分别取自两种不同的飞机，所以它的外形看上去十分怪异。X-14 机长 7.92 米，机高 2.71 米，翼展 10.30 米。由于没有安装弹射座椅，X-14 的座舱是半开式的，飞行员可在紧急情况下迅速离开驾驶舱。
X-15 在近十年的时间里，X-15 先后创造了 6.72 马赫和 108,000 米的速度与升限的世界记录.
X-16
贝尔飞机公司的 X-16 是一种高空照相侦察飞机，X-16 机翼奇长，其翼展达到了 34.75 米。根据 1953 年美国空军提出的要求，X-16 升限应该能达到 21,000 米左右，航程也应在 2,800 公里以上，同时具有亚音速飞行能力。
X-17
洛克希德公司的 X-17 是一种三级固体燃料火箭，用来获取制造再入大气层运载工具所需的试验数据。X-17 长度为 12.33 米，最大直径为 0.79 米，总共装备有四台固体火箭发动机。根据 X-17 一系列试飞试验所获得的宝贵数据，美国先后研制出了一大批再入大气层飞行器。另外，X-17 是首架采用钝形头锥设计的飞行器。
X-18
美国希勒飞机公司的 X-18 是美国研制的第一种可倾转翼飞机，说它是后来 XC-142 和 V-22“鱼鹰”的“祖
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