試驗：一波四折終獲成功
按計劃，X-51A一共進行了四次飛行試驗。
2010年5月26日，X-51A在美國南加州太平洋海岸附近完成了首次飛行試驗，使用了由普惠洛克達因公司製造的吸氣式超燃衝壓發動機。這是一種全新的發動機技術，可與二戰後由螺旋槳推進向噴氣推進的飛躍相提並論。試驗中，該發動機創紀錄地工作了140秒，並且把飛行器加速到了5倍音速。
2011年6月13日，X-51A進行了第二次飛行試驗。當天，B-52戰略轟炸機攜帶X-51A飛行器飛至發射點後，火箭推進器成功地將X-51A推進至5倍音速。以乙烯為初始燃料的超燃衝壓發動機成功點火，但在隨後轉而使用JP-7常規燃料時，進氣道未能啟動。之後，工作人員重啟、恢復最佳條件的努力失敗，導致第二次飛行過早終止。
2012年8月14日，X-51A在加州的美國海軍空戰中心海上靶場進行了第三次飛行試驗。飛行器成功從B-52上分離，但飛行16秒後出現了錯誤，此時X-51A還沒有與助推火箭分離。15秒後，X-51A從助推火箭上分離下來時，控制翼出現故障，飛行器失去控制，墜入大海。
最近的一次是2013年5月1日。此次試驗中，X-51A持續飛行了300秒，隨後在500秒左右開始無動力滑行下降，最後墜落在加州西部太平洋試驗場的海域中。如果相關數據被確認，將意味著持續吸氣式高超聲速飛行創造了新紀錄。
本次試驗採用的是波音公司製造的四架飛行器中的最後一架，動力採用了普惠洛克達因的SJX61雙模態亞燃/超燃衝壓發動機。發動機根據前三次飛行試驗的經驗和教訓進行了改進：在發動機流道截面採用了更好的密封，防止重蹈首次飛行時燃氣侵入飛行器內部而導致飛行過早結束的覆轍；針對第二次試飛進氣道未啟動的故障進行了軟硬件改進；針對第三次試飛時飛行器控制翼面故障進行了改進。
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