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美X-51A高超声速飞行器基本情况概要及几次飞行情况简介
2024年2月17日发(作者：祭碧琳)
美X-51A高超声速飞行器基本情况概要及几次飞行情况简介
1简介
x-51A是美国空军研究实验室（AFRL）与国防高级研究计划局（DARPA）联合主持研制的超燃冲压发动机验证机——乘波飞行器（SED-WR，Scramjet Engine
Demonstrator-Waverider）。它由波音公司与普拉特〃惠特尼（简称普惠）公司共同开发，由一台JP-7碳氢燃料超燃冲压发动机推动，设计飞行马赫数在6～6.5之间。这个计划的终极目标就是要发展一种比美国原武器库中任何一种导弹的速度都要快5倍以上，可以在1小时内攻击地球任意位臵目标的新武器。2012年8月14日，X-51A第3次试飞，从纽约飞到伦敦将只需不到一个小时。
X-51飞行器
2研发背景
2.1“全球快速打击计划”的推动
“全球快速打击计划”提出于20世纪90年代，目的是让美军能在1小时内
用常规武器打击地球上的任何目标。美国的“快速全球打击”计划将分阶段实施，近期实施海军“三叉戟”导弹的常规改装计划，中期实施海军的“潜射全球打击导弹”方案和空军的助推一滑翔式导弹方案，远期实施正在研究的“高超声速巡航导弹”等方案。
该计划的关键在于“速度”，配套研制的各种飞行器都必须达到5倍以上的声速，其中最具代表性的就是X-51。五角大楼的决策者们念念不忘多年前的一个深刻教训。1998年8月20日，位于阿拉伯海上的美国“林肯”号航母战斗群发射了数枚“战斧”巡航导弹，攻击阿富汗东部塔利班训练营地，目的是清除本〃拉登。“战斧”巡航导弹的最大飞行速度为885千米/时，飞行了1770千米，耗时长达2个小时。结果，拉登在导弹飞抵前一个小时刚刚离开了训练营地。这次行动的失败给美国国防部留下了无法弥补的遗憾，从而促使了高超音速武器的研制工作开始加速。
2001年9月l1日，美国本土首次遭到恐怖组织的大规模攻击，促使布什政府开始积极调整美国的军事战略，以应对新形势下难以预测和控制的各种威胁。随后出台的四年防务评估报告》强调防务规划必须以迅速和决定性地应对突发事件为中心，必须由过去“基于威胁”的模式转向未来“基于能力”的模式，因此，有必要发展全球打击能力来应对各种紧急情况。2003年1月，布什总统在一份秘密报告中赋予美军 美国的“快速全球打击”阶段性计划
战略司令部执行全球打击的任务。随着各项作战需求的不断明确，五角大楼制订了一项“全球敏捷打击”计划，旨在大力推动高超音速技术的发展，力求尽快研制和发展出可以投入实战的武器型号。
2.2继HyTech与HvSet技术研究之后
X-51A计划可以看作是美国“国家空天飞机”（NASP）计划和X-43计划的一个延续。NASP计划的目标是研制和验证一种超燃冲压发动机为动力的X-30验证机，按照设想，投入使用的空间飞机将能够从常规跑道上起飞，达到至少M25的进入空间速度，作为一种单级入轨的飞行器跳跃进低地球轨道，飞入太空，重新进人大气层，最后在跑道上着陆。NASP计划是诱人的，但是因为过于雄心勃勃而在技术上力不从心，最后在1992年被取消。此后，NASA在2004年成功地
实现了X-43A验证机的试飞，验证了超燃冲压发动机可以产生足够的推力来加速飞行器。其后，NASA把各项航空研究计划的投资转移到空间领域，于是，X-43计划的后续发展被迫终止。[3]国家空天飞机（NASP）计划终止后，美国空军转而投资HyTech计划以延续其对高超声速技术的研究，HyTech后来衍变为HySet项目。这两项技术研究为X-51A的出台奠定了基础。
2004年1月，AFRL选择波音公司与普惠公司共同制造SED-WR的验证机，由波音公司制造机身，普惠公司生产发动机。2005年9月，美国空军正式将该计划编号为X-51A。[
3独特技术
3.1乘波技术
作为乘波者（Waverider，又译驭波者、波行者）的X-51A，机体外形有一个扁平的头部、弹体中部设有4片可以偏转的小翼（襟翼），进气道在腹部。其设计原理主要是从一个给定的、有激波系的三维超声速流的解析解或数值解的流面中，沿着流线切割出一个尖顶三角外形的锥形体作为飞行器的外形，由此得到的乘波飞行器构型是一种在其所有的前缘都具有附体激波的声速、高超声速飞行器构型。乘波构型设计有助于X-51发动机的燃烧过程。乘波构型具有以下优点。1）乘波构型的上表面与自由流平行，所以上表面的压差阻力较小，而下表面在设计马赫数下受到一个与常规外形一样的高压。
（2）飞机下表面在激波后的高压不会绕过前缘泄漏到上表面，波后高压与上表面低压之间没有压力沟通，这使乘波构型和普通外形相比具有很高的升阻比。
（3）来流经激波压缩后，沿着压缩面的流动被限制在前缘激波内，形成较均匀的沿下表面流场，可以消除发动机进口处的横向流动，利于提高吸气式发动机的进气效率，同时使得这一构型便于进行弹体/发动机/进气道一体化设计。
（4）由于上下表面没有压力沟通，飞行器上表面和下表面的流场不存在干扰问题，上下表面可以分开处理，有效地简化了飞行器的初步设计和计算过程。乘波构
型与超燃冲压发动机的一体化设计可以得到性能优越的高超声速乘波飞行器。
3.2耐热技术
为了适应高超声速的飞行以及从空间直接再人大气层的飞行，飞机的表面要能承受高达4500℃的高温。为此，整个机体涂覆了一层耐热烧蚀材料，特别在验证机的腹部覆盖了与航天飞机一样的隔热瓦。
3.3超燃冲压技术
X-51A采用的是吸气式超燃冲压发动机，与采用火箭发动机相比，其效率更高、航程更远，所携载荷也更重。由于这种发动机从空中吸收氧气来保持推进，不需要像火箭发动机那样必须同时携带占据非常大发射重量的燃料和氧化剂。此外，因为超燃冲压发动机只有很少的活动部件，所以，即使在非常苛刻的工作环境内，它们的工作至少与涡轮发动机一样可靠。
3.4点火技术
X-51A的超燃冲压发动机在飞行过程中的点火是很复杂的，首先通过进气道的压缩空气在经过一个隔离段后，将气流调节到适合于燃烧室工作需要的稳定压力，随后和雾化了的JP-7喷气燃料混合点火燃烧。
由于当流入燃烧室的气流速度在马赫数4.0或更高时，JP-7燃油将无法依靠自身点燃，所以还必须掺混乙烯液体，点火首先从机载容器内的少量容易燃烧的乙烯的点燃开始，并将乙烯注入到燃烧室内与JP7燃料二者混合后，导致燃料的燃烧
3.5燃料技术
X-51A验证机采用的是碳氢燃料，这与SR-71“黑鸟”高空侦察机所采用的J58涡轮冲压喷气发动机使用完全一样的JP-7航空燃料。这种碳氢燃料是一种现成的燃料品种，不易点燃、不易挥发，可以较容易地储存。PWR公司X-51A项目的经理解释说，碳氢燃料要从发动机结构中吸收一定的热量，因此可以让燃料流过一个热交换器来冷却发动机结构，然后提供给燃烧室。据介绍，这种热交换器是一种直接加工在发动机壳体壁面内的沟槽，这不仅用于冷却1650℃以上的燃烧室，还可以通过对燃料的预先处理，将其转变为一种热燃气状态，与其处于液体形态下相比，可以多增加10%以上的能量。
4试飞
4.1首飞
2010年5月26日，美国在加利福尼亚州南部太平洋海岸的军事基地，成功试飞了X-51A飞行试验机。
按照最初试飞计划，B-52飞机在大约15000米高空投放整个X-51A试验系统。首先，助推器持续燃烧30秒钟，将整个系统加速到马赫数4.6～4.8。在助推过程中，空气将进入X-51A验证机的超燃冲压发动机内，通过级间段流出，以便起动进气道，开始逐渐加热发动机及其燃油。在助推器分离后，X-51A验证机将借助惯性继续滑行数秒钟，然后在发动机内部依次点燃乙烯和燃油，达到热平衡后，仅利用JP-7燃料的燃烧实现不断加速。整个动力飞行过程大约300秒，预期飞行速度达到马赫数6.5。随着全部燃料消耗殆尽，X-51A验证机将开始减速，接着是500秒的无动力飞行，逐渐下滑，最后坠落进太平洋。
然而，首次试飞并非按照设想顺利进行，尽管取得了成功，但还是出现了令人意想不到的一些情况。
5月26 日，美国空军实施了X-51A验证机的首次飞行试验。B-52H载机在众人期待的目光中，从爱德华兹空军基地起飞，爬升到预定高度后，在马赫数0.8的飞行速度下，释放了由助推器和验证机组成的X-51A试验系统。大约4秒后，助推器按照预定程序点火，将X-51A验证机助推到马赫数4.8。随后，X-51A验证机与助推器、级间段分离，按照预定程序，成功地完成了一个平缓的180度滚转机动。这一过程中，X-51A验证机将进气口从上方位臵改变为腹部位臵，飞行速度略微降低到马赫数4.73。
随后，SJY61超燃冲压发动机先点燃乙烯，然后过渡到JP-7碳氢燃料的点火、燃烧。接着，X-51A验证机开始逐步加速，但是遥测数据表明，加速度略低于设计值，而且发动机舱后部的温度明显高于设计值。靶场安全官员通过监测数据发现，X-51 A验证机开始减速，并且遥测信号丢失，于是下令终止试飞，飞行器启动了自毁程序。
结果，SJY61超燃冲压发动机只工作了140秒，并未达到预期的300秒时间，飞行器的飞行速度达到了马赫数5，尚未加速到马赫数6以上。PWR公司表示，有关数据初步表明，SJY61发动机完全按照设计要求工作，在第一次试飞中就实现了最关键的一些事情：点燃乙烯，过渡到乙烯与JP-7燃料的混合燃烧，达到JP-7燃料燃烧的条件，仅用JP-7燃料继续燃烧，并持续工作140秒。X-51A验
证机在自毁前，机内仍然剩余一部分燃料。
由此可见，PWR公司已经完全掌握了一系列关键技术，可以很快制造出更长燃烧时间的超燃冲压发动机。设计的5分钟飞行时间并不是推进系统的限制，只是局限于在油箱内装有燃料的容量。如果改进设计一种更大容量的燃料箱，X-51A改进型可以进一步增加飞行时间。
尽管飞行时间没有达到预期目标，但测试组仍然对结果感到满意。AFRL发言人表示，首次飞行得分为B，下一次将得到A。AFRL负责X-51计划的经理布林克表示，此次试飞取得了95%的成功，飞行控制软件完美无缺，尚不清楚加速过程减慢和飞行时间短暂的具体原因，初步推测可能是密封问题或作动器故障，同时也认为，有可能是错误地估算了X-51A验证机在低马赫数飞行时的阻力。
美国的新闻媒体对此次首飞作了充分的肯定。《基督教箴言报》在形容X-51A验证机的飞行速度时，称它比“超人”还快，而且还比喻说，它的超燃冲压发动机的技术难度就好比在飓风中点燃一根火柴，并且不让火焰熄灭。《洛杉矶时报》描述X-51A验证机的首次试飞：一架外观酷似冲浪板的飞机从一架B-52H载机的机翼下分离，然后以超过5600千米/时的速度在太平洋上空飞行，这让过去的飞行纪录为之逊色，也重新点燃了研制高超音速飞行器的热情。
或许，布林克评价更加精辟，令人长久回味。他表示，超燃冲压发动机在技术上的飞跃相当于第二次世界大战后期从活塞式发动机向喷气式发动机的巨大跨越。
4.2二次试飞失败
2011年6月13日进行的X-51“乘波者”高超声速飞行器第二次飞行试验中，由于超燃冲压发动机的进气道未启动，X-51第二次飞行过早终止。在操作人员的控制下，飞行器溅落加利福尼亚沿海。
波音公司B-52飞机携带X-51飞行器“完美地”飞至发射点后，火箭推进器成功将X-51推进至马赫数5，由普惠〃洛克达因公司建造的超燃冲压发动机以乙烯为初始燃料，成功点火。在随后转而使用JP-7常规燃料时，进气道未能启动。之后工作人员重启、恢复最佳条件的努力失败。
按照NASA的说法，进气道不启动的原因多为激波速度过快，越过进气口前端，导致发动机气流的气压骤减。超燃冲压发动机的工作依赖着极度精确的激波
运动和发动机气流。没有风洞能使空气以高超声速运动，因此高超声速试验极端困难。
空军项目经理查理〃布林克（Charlie Brink）表示：“显然，我们很失望，原本我们期待着更好的结果。但是我们仍对此次飞行收集到的数据感到满意。我们将继续检查这些数据，了解更多关于这项新技术的知识。每一次对这项令人振奋的新技术进行试验，就距离成功更近一步。”
在2010年5月26日X-51首次飞行中，飞行器在超燃冲压发动机点火110余秒后，经历了相似的进气道未启动问题，之后发动机成功恢复。飞行控制持续至143秒时，发动机密封失效，导致试验中断。
4.3三次试飞及失败原因初步分析
2012年8月美国空军的实验型X-51A“乘波者”飞行器飞行试验以失败告终，飞行器最终溅落太平洋。空军当时并未公布飞行失败的详细情况，实验是否继续也不得而知。
在试验失败2个月后，美空军近期就实验型高超声速飞行器坠落的原因主动进行了解释。X-51A项目经理查理〃布里克（Charlie Brink）在10月24日的电话会议上称，因为一个作动器突然开启，导致X-51A飞行器故障，X-51A出现螺旋下降并最终坠落太平洋。他表示，他的团队用数月时间进行了调查，并明确了实验失败原因的官方解释。
8月的飞行试验是这项价值2.6亿美元实验项目中规划的四次试验的第三次。项目目标是检验超燃冲压发动机技术的可行性，空军希望将有一天能借此研制出高超声速武器，并以更有效的方式进入太空。
布里克表示，虽然前两次试验提供了有用数据，但没有一次试验是完全成功的。目前，空军已对第三次试验的失败原因有了更好的理解，准备进行第四次也即最后一次试验。
X-51A“乘波者”是一架独特的飞行器。在空军2010年5月26日的试验中，“乘波者”简单地进行了高超声速飞行，飞行速度达到大约马赫数5，近5471.62千米/小时，飞行器以该速度飞行了143秒，然后失去加速度和推力。空军地面控制人员不得不遥控将其摧毁。
这些实验中，X-51A被安臵在B-52战机上，然后下降约15.24千米，一个
火箭助推器点火，使飞行器飞行速度达到大约马赫数4.5。火箭助推器分离后，超燃冲压发动机点火。超燃冲压发动机通过燃烧大气中的氧与少量燃料而产生动力。
布里克表示，第三次飞行按计划起飞。但在火箭助推器点火，飞行器速度达到马赫数4.8后，X-51A右上方的作动器本应该与其他三个作动器一样保持收起、锁定、未通电，但作动器被解锁。虽然仍未通电，还是导致了飞行器螺旋下降。在飞行器超燃冲压发动机点火前发生该故障，意味着空军不能从实验中获得任何有用数据。同时，作动器解锁的具体原因不尚不明确，调查组已排除软件故障或电源问题。有迹象表明，可能是因突然的振动所致，影响了作动器锁的功能。目前，空军正在进行振颤试验。虽然还不确定，但这似乎越来越像是事故的原因所在。
在2013年的第四次试验中，空军将在X-51A离开运载器后的1~2秒内就开启作动器，而不再等待更长时间将其开启。这样可能使得机翼打开得更早，飞行器能摆脱突来的气动压力而自由飞行。
8月飞行试验的失败原因调查应在圣诞节前全部完成。
2024年2月17日发(作者：祭碧琳)
美X-51A高超声速飞行器基本情况概要及几次飞行情况简介
1简介
x-51A是美国空军研究实验室（AFRL）与国防高级研究计划局（DARPA）联合主持研制的超燃冲压发动机验证机——乘波飞行器（SED-WR，Scramjet Engine
Demonstrator-Waverider）。它由波音公司与普拉特〃惠特尼（简称普惠）公司共同开发，由一台JP-7碳氢燃料超燃冲压发动机推动，设计飞行马赫数在6～6.5之间。这个计划的终极目标就是要发展一种比美国原武器库中任何一种导弹的速度都要快5倍以上，可以在1小时内攻击地球任意位臵目标的新武器。2012年8月14日，X-51A第3次试飞，从纽约飞到伦敦将只需不到一个小时。
X-51飞行器
2研发背景
2.1“全球快速打击计划”的推动
“全球快速打击计划”提出于20世纪90年代，目的是让美军能在1小时内
用常规武器打击地球上的任何目标。美国的“快速全球打击”计划将分阶段实施，近期实施海军“三叉戟”导弹的常规改装计划，中期实施海军的“潜射全球打击导弹”方案和空军的助推一滑翔式导弹方案，远期实施正在研究的“高超声速巡航导弹”等方案。
该计划的关键在于“速度”，配套研制的各种飞行器都必须达到5倍以上的声速，其中最具代表性的就是X-51。五角大楼的决策者们念念不忘多年前的一个深刻教训。1998年8月20日，位于阿拉伯海上的美国“林肯”号航母战斗群发射了数枚“战斧”巡航导弹，攻击阿富汗东部塔利班训练营地，目的是清除本〃拉登。“战斧”巡航导弹的最大飞行速度为885千米/时，飞行了1770千米，耗时长达2个小时。结果，拉登在导弹飞抵前一个小时刚刚离开了训练营地。这次行动的失败给美国国防部留下了无法弥补的遗憾，从而促使了高超音速武器的研制工作开始加速。
2001年9月l1日，美国本土首次遭到恐怖组织的大规模攻击，促使布什政府开始积极调整美国的军事战略，以应对新形势下难以预测和控制的各种威胁。随后出台的四年防务评估报告》强调防务规划必须以迅速和决定性地应对突发事件为中心，必须由过去“基于威胁”的模式转向未来“基于能力”的模式，因此，有必要发展全球打击能力来应对各种紧急情况。2003年1月，布什总统在一份秘密报告中赋予美军 美国的“快速全球打击”阶段性计划
战略司令部执行全球打击的任务。随着各项作战需求的不断明确，五角大楼制订了一项“全球敏捷打击”计划，旨在大力推动高超音速技术的发展，力求尽快研制和发展出可以投入实战的武器型号。
2.2继HyTech与HvSet技术研究之后
X-51A计划可以看作是美国“国家空天飞机”（NASP）计划和X-43计划的一个延续。NASP计划的目标是研制和验证一种超燃冲压发动机为动力的X-30验证机，按照设想，投入使用的空间飞机将能够从常规跑道上起飞，达到至少M25的进入空间速度，作为一种单级入轨的飞行器跳跃进低地球轨道，飞入太空，重新进人大气层，最后在跑道上着陆。NASP计划是诱人的，但是因为过于雄心勃勃而在技术上力不从心，最后在1992年被取消。此后，NASA在2004年成功地
实现了X-43A验证机的试飞，验证了超燃冲压发动机可以产生足够的推力来加速飞行器。其后，NASA把各项航空研究计划的投资转移到空间领域，于是，X-43计划的后续发展被迫终止。[3]国家空天飞机（NASP）计划终止后，美国空军转而投资HyTech计划以延续其对高超声速技术的研究，HyTech后来衍变为HySet项目。这两项技术研究为X-51A的出台奠定了基础。
2004年1月，AFRL选择波音公司与普惠公司共同制造SED-WR的验证机，由波音公司制造机身，普惠公司生产发动机。2005年9月，美国空军正式将该计划编号为X-51A。[
3独特技术
3.1乘波技术
作为乘波者（Waverider，又译驭波者、波行者）的X-51A，机体外形有一个扁平的头部、弹体中部设有4片可以偏转的小翼（襟翼），进气道在腹部。其设计原理主要是从一个给定的、有激波系的三维超声速流的解析解或数值解的流面中，沿着流线切割出一个尖顶三角外形的锥形体作为飞行器的外形，由此得到的乘波飞行器构型是一种在其所有的前缘都具有附体激波的声速、高超声速飞行器构型。乘波构型设计有助于X-51发动机的燃烧过程。乘波构型具有以下优点。1）乘波构型的上表面与自由流平行，所以上表面的压差阻力较小，而下表面在设计马赫数下受到一个与常规外形一样的高压。
（2）飞机下表面在激波后的高压不会绕过前缘泄漏到上表面，波后高压与上表面低压之间没有压力沟通，这使乘波构型和普通外形相比具有很高的升阻比。
（3）来流经激波压缩后，沿着压缩面的流动被限制在前缘激波内，形成较均匀的沿下表面流场，可以消除发动机进口处的横向流动，利于提高吸气式发动机的进气效率，同时使得这一构型便于进行弹体/发动机/进气道一体化设计。
（4）由于上下表面没有压力沟通，飞行器上表面和下表面的流场不存在干扰问题，上下表面可以分开处理，有效地简化了飞行器的初步设计和计算过程。乘波构
型与超燃冲压发动机的一体化设计可以得到性能优越的高超声速乘波飞行器。
3.2耐热技术
为了适应高超声速的飞行以及从空间直接再人大气层的飞行，飞机的表面要能承受高达4500℃的高温。为此，整个机体涂覆了一层耐热烧蚀材料，特别在验证机的腹部覆盖了与航天飞机一样的隔热瓦。
3.3超燃冲压技术
X-51A采用的是吸气式超燃冲压发动机，与采用火箭发动机相比，其效率更高、航程更远，所携载荷也更重。由于这种发动机从空中吸收氧气来保持推进，不需要像火箭发动机那样必须同时携带占据非常大发射重量的燃料和氧化剂。此外，因为超燃冲压发动机只有很少的活动部件，所以，即使在非常苛刻的工作环境内，它们的工作至少与涡轮发动机一样可靠。
3.4点火技术
X-51A的超燃冲压发动机在飞行过程中的点火是很复杂的，首先通过进气道的压缩空气在经过一个隔离段后，将气流调节到适合于燃烧室工作需要的稳定压力，随后和雾化了的JP-7喷气燃料混合点火燃烧。
由于当流入燃烧室的气流速度在马赫数4.0或更高时，JP-7燃油将无法依靠自身点燃，所以还必须掺混乙烯液体，点火首先从机载容器内的少量容易燃烧的乙烯的点燃开始，并将乙烯注入到燃烧室内与JP7燃料二者混合后，导致燃料的燃烧
3.5燃料技术
X-51A验证机采用的是碳氢燃料，这与SR-71“黑鸟”高空侦察机所采用的J58涡轮冲压喷气发动机使用完全一样的JP-7航空燃料。这种碳氢燃料是一种现成的燃料品种，不易点燃、不易挥发，可以较容易地储存。PWR公司X-51A项目的经理解释说，碳氢燃料要从发动机结构中吸收一定的热量，因此可以让燃料流过一个热交换器来冷却发动机结构，然后提供给燃烧室。据介绍，这种热交换器是一种直接加工在发动机壳体壁面内的沟槽，这不仅用于冷却1650℃以上的燃烧室，还可以通过对燃料的预先处理，将其转变为一种热燃气状态，与其处于液体形态下相比，可以多增加10%以上的能量。
4试飞
4.1首飞
2010年5月26日，美国在加利福尼亚州南部太平洋海岸的军事基地，成功试飞了X-51A飞行试验机。
按照最初试飞计划，B-52飞机在大约15000米高空投放整个X-51A试验系统。首先，助推器持续燃烧30秒钟，将整个系统加速到马赫数4.6～4.8。在助推过程中，空气将进入X-51A验证机的超燃冲压发动机内，通过级间段流出，以便起动进气道，开始逐渐加热发动机及其燃油。在助推器分离后，X-51A验证机将借助惯性继续滑行数秒钟，然后在发动机内部依次点燃乙烯和燃油，达到热平衡后，仅利用JP-7燃料的燃烧实现不断加速。整个动力飞行过程大约300秒，预期飞行速度达到马赫数6.5。随着全部燃料消耗殆尽，X-51A验证机将开始减速，接着是500秒的无动力飞行，逐渐下滑，最后坠落进太平洋。
然而，首次试飞并非按照设想顺利进行，尽管取得了成功，但还是出现了令人意想不到的一些情况。
5月26 日，美国空军实施了X-51A验证机的首次飞行试验。B-52H载机在众人期待的目光中，从爱德华兹空军基地起飞，爬升到预定高度后，在马赫数0.8的飞行速度下，释放了由助推器和验证机组成的X-51A试验系统。大约4秒后，助推器按照预定程序点火，将X-51A验证机助推到马赫数4.8。随后，X-51A验证机与助推器、级间段分离，按照预定程序，成功地完成了一个平缓的180度滚转机动。这一过程中，X-51A验证机将进气口从上方位臵改变为腹部位臵，飞行速度略微降低到马赫数4.73。
随后，SJY61超燃冲压发动机先点燃乙烯，然后过渡到JP-7碳氢燃料的点火、燃烧。接着，X-51A验证机开始逐步加速，但是遥测数据表明，加速度略低于设计值，而且发动机舱后部的温度明显高于设计值。靶场安全官员通过监测数据发现，X-51 A验证机开始减速，并且遥测信号丢失，于是下令终止试飞，飞行器启动了自毁程序。
结果，SJY61超燃冲压发动机只工作了140秒，并未达到预期的300秒时间，飞行器的飞行速度达到了马赫数5，尚未加速到马赫数6以上。PWR公司表示，有关数据初步表明，SJY61发动机完全按照设计要求工作，在第一次试飞中就实现了最关键的一些事情：点燃乙烯，过渡到乙烯与JP-7燃料的混合燃烧，达到JP-7燃料燃烧的条件，仅用JP-7燃料继续燃烧，并持续工作140秒。X-51A验
证机在自毁前，机内仍然剩余一部分燃料。
由此可见，PWR公司已经完全掌握了一系列关键技术，可以很快制造出更长燃烧时间的超燃冲压发动机。设计的5分钟飞行时间并不是推进系统的限制，只是局限于在油箱内装有燃料的容量。如果改进设计一种更大容量的燃料箱，X-51A改进型可以进一步增加飞行时间。
尽管飞行时间没有达到预期目标，但测试组仍然对结果感到满意。AFRL发言人表示，首次飞行得分为B，下一次将得到A。AFRL负责X-51计划的经理布林克表示，此次试飞取得了95%的成功，飞行控制软件完美无缺，尚不清楚加速过程减慢和飞行时间短暂的具体原因，初步推测可能是密封问题或作动器故障，同时也认为，有可能是错误地估算了X-51A验证机在低马赫数飞行时的阻力。
美国的新闻媒体对此次首飞作了充分的肯定。《基督教箴言报》在形容X-51A验证机的飞行速度时，称它比“超人”还快，而且还比喻说，它的超燃冲压发动机的技术难度就好比在飓风中点燃一根火柴，并且不让火焰熄灭。《洛杉矶时报》描述X-51A验证机的首次试飞：一架外观酷似冲浪板的飞机从一架B-52H载机的机翼下分离，然后以超过5600千米/时的速度在太平洋上空飞行，这让过去的飞行纪录为之逊色，也重新点燃了研制高超音速飞行器的热情。
或许，布林克评价更加精辟，令人长久回味。他表示，超燃冲压发动机在技术上的飞跃相当于第二次世界大战后期从活塞式发动机向喷气式发动机的巨大跨越。
4.2二次试飞失败
2011年6月13日进行的X-51“乘波者”高超声速飞行器第二次飞行试验中，由于超燃冲压发动机的进气道未启动，X-51第二次飞行过早终止。在操作人员的控制下，飞行器溅落加利福尼亚沿海。
波音公司B-52飞机携带X-51飞行器“完美地”飞至发射点后，火箭推进器成功将X-51推进至马赫数5，由普惠〃洛克达因公司建造的超燃冲压发动机以乙烯为初始燃料，成功点火。在随后转而使用JP-7常规燃料时，进气道未能启动。之后工作人员重启、恢复最佳条件的努力失败。
按照NASA的说法，进气道不启动的原因多为激波速度过快，越过进气口前端，导致发动机气流的气压骤减。超燃冲压发动机的工作依赖着极度精确的激波
运动和发动机气流。没有风洞能使空气以高超声速运动，因此高超声速试验极端困难。
空军项目经理查理〃布林克（Charlie Brink）表示：“显然，我们很失望，原本我们期待着更好的结果。但是我们仍对此次飞行收集到的数据感到满意。我们将继续检查这些数据，了解更多关于这项新技术的知识。每一次对这项令人振奋的新技术进行试验，就距离成功更近一步。”
在2010年5月26日X-51首次飞行中，飞行器在超燃冲压发动机点火110余秒后，经历了相似的进气道未启动问题，之后发动机成功恢复。飞行控制持续至143秒时，发动机密封失效，导致试验中断。
4.3三次试飞及失败原因初步分析
2012年8月美国空军的实验型X-51A“乘波者”飞行器飞行试验以失败告终，飞行器最终溅落太平洋。空军当时并未公布飞行失败的详细情况，实验是否继续也不得而知。
在试验失败2个月后，美空军近期就实验型高超声速飞行器坠落的原因主动进行了解释。X-51A项目经理查理〃布里克（Charlie Brink）在10月24日的电话会议上称，因为一个作动器突然开启，导致X-51A飞行器故障，X-51A出现螺旋下降并最终坠落太平洋。他表示，他的团队用数月时间进行了调查，并明确了实验失败原因的官方解释。
8月的飞行试验是这项价值2.6亿美元实验项目中规划的四次试验的第三次。项目目标是检验超燃冲压发动机技术的可行性，空军希望将有一天能借此研制出高超声速武器，并以更有效的方式进入太空。
布里克表示，虽然前两次试验提供了有用数据，但没有一次试验是完全成功的。目前，空军已对第三次试验的失败原因有了更好的理解，准备进行第四次也即最后一次试验。
X-51A“乘波者”是一架独特的飞行器。在空军2010年5月26日的试验中，“乘波者”简单地进行了高超声速飞行，飞行速度达到大约马赫数5，近5471.62千米/小时，飞行器以该速度飞行了143秒，然后失去加速度和推力。空军地面控制人员不得不遥控将其摧毁。
这些实验中，X-51A被安臵在B-52战机上，然后下降约15.24千米，一个
火箭助推器点火，使飞行器飞行速度达到大约马赫数4.5。火箭助推器分离后，超燃冲压发动机点火。超燃冲压发动机通过燃烧大气中的氧与少量燃料而产生动力。
布里克表示，第三次飞行按计划起飞。但在火箭助推器点火，飞行器速度达到马赫数4.8后，X-51A右上方的作动器本应该与其他三个作动器一样保持收起、锁定、未通电，但作动器被解锁。虽然仍未通电，还是导致了飞行器螺旋下降。在飞行器超燃冲压发动机点火前发生该故障，意味着空军不能从实验中获得任何有用数据。同时，作动器解锁的具体原因不尚不明确，调查组已排除软件故障或电源问题。有迹象表明，可能是因突然的振动所致，影响了作动器锁的功能。目前，空军正在进行振颤试验。虽然还不确定，但这似乎越来越像是事故的原因所在。
在2013年的第四次试验中，空军将在X-51A离开运载器后的1~2秒内就开启作动器，而不再等待更长时间将其开启。这样可能使得机翼打开得更早，飞行器能摆脱突来的气动压力而自由飞行。
8月飞行试验的失败原因调查应在圣诞节前全部完成。