X-1 试验飞机作为人类历史上一种划时代的飞机，不仅仅是因为它的速度超过了音速，也是因为它是世界上第一种纯粹为了试验目的而设计制造的飞机。X-1 最初设想来自于 20 世纪 30 年代末飞机设计领域所遇到的问题，当时建造的风洞已经不能满足飞机在亚音速和超音速飞行条件下各种参数的正确搜集，因而研制一种专用的飞行试验机势在必行。
贝尔飞机公司制造的 3 架 X-1 机长 9.45 米，机高 3.35 米，翼展 8.53 米，其机身形状与 12.7 毫米机枪子弹极其相似，这样可在超音速飞行时保持机体的稳定。X-1 的机翼为平直翼，翼面厚度很小。XLR-11 火箭发动机为其提供动力，其燃料为液氧与酒精和水的混合物。X-1-1、X-1-2 于 1945 年相继出厂开始了试验飞行，与此同时 NACA（美国国家航空咨询委员会，美国国家航空航天局 NASA 的前身）也加入了 X-1 项目的研制工作。
1947 年 10 月 14 日，试飞员查理斯.耶格尔驾驶 X-1-1 在 43,000 英尺的高空飞出了 1.06 马赫的高速，从而迈出了人类超音速飞行的第一步。不久，X-1-2 在飞行试验中速度也超过了音速。1950 年 5 月 12 日，X-1-1 在耶格尔的驾驶下完成了最后一次试验光荣退休了。随后，X-1-2 也停止了飞行开始进行改造。NACA 的工程师们为 X-1-2 设计了新的机翼和新型的涡轮泵燃油系统，另外还将试飞员从侧面舱门进入驾驶舱的设计改为向上开启的座舱盖，这样 X-1-2 就成为了 X-1E。X-1E 是用来验证薄翼气动特性的，它是第一架采用 4% 机翼厚度飞行成功的飞机。另外还有必要提一下 X-1-3，由于其燃料供给系统进行了改进，所以其理论最高速度可以达到 2.4 马赫，远远超过了前两者。但这架 X-1-3 运气不太好，在一次试飞中由于燃料泄漏事故和载机 B-50 一起在空中炸成了碎片。X-1 总共试验飞行了 157 次，最大飞行速度达到 1.45 马赫，最大飞行高度 21,000 米。
贝尔飞机公司之后又建造了四架经过改进的 X-1，其中 X-1A 进行动力稳定试验，X-1B 进行空中载荷研究，X-1C 搭载机炮进行武器测试（实体模型阶段被取消），X-1D 则进行传热研究。X-1D 和 X-1A 先后在试验过程中爆炸坠毁，事后调查发现和 X-1-3 一样都是因为液氧油箱中皮革垫圈引起的，所以随后 X-1B 和X-2机体上的皮革垫圈全部被除去。多次马赫 2 的飞行试验后，X-1B 在 1957 年被改装用来进行反应控制系统（RCS，Reaction Control System）的试验。它的翼尖上被装上了数枚过氧化氢火箭，当动态压力对于常规空气动力控制过小的时候，其后机身和机尾就会提供控制，这些成果为随后 X-15 的发展提供了宝贵的经验。
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英文字母 X 是“Experimental”这个单词的缩写，即“试验的”之意，同时也蕴涵着“未知的”深层含义。在飞行器设计领域，未知的技术障碍与难题比比皆是，即使是通过风洞、模拟器和计算机也只能构建出一个理想状态下的模型而已，所以必须研制出专门用途的试验机去探索那些未知领域。
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。
