美國NASA蘭利研究中心的前50年（5）

杰森

第二次世界大戰后1948年到1957年這十年，是航空技術高速發展的十年。

這個高速，首先體現在飛機的飛行速度上。自從上個十年末人類突破了聲速以后，飛機（尤其是軍用飛機）的飛行速度持續提高。面積律的出現是飛機設計領域的一項重大成就，它讓跨聲速和超聲速飛機的設計有了可靠的理論依據和實用工具。至此，持續超聲速飛行成為可能，X系列研究機更是把飛行速度提高到了馬赫數2.0甚至3.0。

空氣動力學和飛行理論的發展也很迅速。NACA蘭利實驗室對跨/超聲速飛行的相關問題進行了研究。通過風洞試驗、飛行試驗、模型飛行試驗等方法，對高速飛行的穩定性和操縱特性的研究都取得了不錯的成果，并促成了適合高速飛行的氣動布局和可變后掠翼等概念的出現。

對超聲速和高超聲速的研究，讓人類進入了地球大氣層之外的新領域。在這個領域，航空技術已經不再適用，由此誕生了航天技術。

人類進入太空時代后，美國國家航空咨詢委員會（NACA）在下個十年中成為國家航空航天局（NASA），也是順理成章的事了。

戰后的十年——1948-1957年

10年概述

飛機的類型急劇增多、飛行性能迅速變化，是NACA蘭利實驗室在第4個十年中研究工作的特點。這些類型和性能的變化，很多都是源于NACA研究成果所獲得的新技術而實現的。

從1948年到1957年，美國空軍和海軍現役戰斗機的飛行速度在這十年里提高了一倍。

1948年9月，北美航空公司生產的一架標準型F-86A“佩刀”戰斗機，把飛行速度的世界紀錄提高到670.981英里/時（1080.279千米/時）。十年后的1957年12月，麥克唐納飛機公司（1967年與道格拉斯公司合并成立麥道公司，1996年被波音公司并購）的F-101A“巫毒”戰斗機以1207.6英里/時（1944.2千米/時）的速度，打破了英國費爾雷航空公司的德爾塔Ⅱ（F.D.Ⅱ）無尾三角翼研究機于1956年3月創造的紀錄。

航空運輸的速度也在提高。

1948年，世界上第一架渦輪螺旋槳發動機客機——英國維克斯公司研制的“子爵號”進行了首飛。第二年，首架噴氣式客機、英國德·哈維蘭公司的“彗星”也完成了首飛。

1952年5月，英國海外航空公司（BOAC）將“彗星”客機投入了航線運營。兩年后，一連串的事故讓“彗星”從商業航班的機隊中消失了。航空工業界也由此發現了金屬疲勞現象。

在這個十年里，探索性研究的專用飛機，已從貝爾飛機公司的X-1發展成為了一系列用于試驗和分析航空領域新問題的型別各異的飛機。正是這些X系列研究機，使得飛行速度從X-1的馬赫數1.06，提高到了2.0，到后來又突破了3.0。

在這期間，垂直起降飛機的研究開始了探索性的步伐。朝鮮戰爭期間，直升機在戰場上獲得了很好的表現，但也暴露出了旋翼飛行器的許多不足。因此，也促進了固定翼垂直起降飛機在后來得到了很大發展。

從F-100開始，美國為其空軍研制和裝備了若干型采用1××編號的戰斗機。這就是后來被稱為“百字頭”的系列戰斗機。它們的出現，表明戰斗機的飛行性能和作戰性能達到了一個新的標準。同時，“百字頭”戰斗機也帶來了穩定性和操縱性的問題，比如滾轉耦合、上仰等。為了解決這些問題，飛機設計師和NACA的研究人員曾經大傷腦筋。

在1957年的最后幾個月中，北美航空公司得到了研制XB-70轟炸機的合同。XB-70是一種飛行速度可達馬赫數3的戰爭利器。

在1948-1957年的十年間，飛行速度和航程的增加，讓運輸機、轟炸機等大型飛機也開始發生變化。

1948年6月開始的“柏林空運”中，執行戰略空運任務的均為二戰時期的運輸機，都是在戰前設計的型號，裝備活塞式發動機。在當時，美國空軍的最新轟炸機是康維爾公司研制的B-36（采用6臺活塞式發動機的型號），噴氣式戰斗機也剛剛裝備空軍。之后，隨著XB-47轟炸機于1949年2月8日完成首飛，情況開始改變。XB-47由波音公司研制，采用后掠翼，裝備了6臺渦噴發動機。

但是在朝鮮戰爭中，美國投入的轟炸機還是二戰時期的波音B-29，美國空軍在空戰中取得第一個戰果的也是活塞式戰斗機——北美航空公司的F-82“雙野馬”創造的。直到1950年11月，雙方的噴氣式戰斗機發生遭遇并爆發空戰。由于性能的差異，活塞式戰斗機推出了爭奪制空權的戰斗。噴氣式戰斗機主宰了朝鮮戰場的上空，也從此改變了今后空戰的格局。

1951年6月，貝爾飛機公司的X-5完成了首次飛行。作為X系列研究機的一員，X-5采用了可變后掠翼。與二戰中德國梅賽德斯的P.1101不同，該機可以在飛行中改變機翼的后掠角。X-5是世界上第一架可變后掠翼飛機，也是以后通用動力公司的F-111A戰斗轟炸機和格魯門公司（后與諾斯羅普公司合并成為諾格公司）的F-14艦載戰斗機等可變后掠翼飛機的先驅。

“柏林空運”期間，大規模的空中運輸給公眾留下了深刻印象。三年后，歐美國家的空運旅客里程第一次超過了鐵路臥鋪的旅客里程，并在后來一直保持著這種優勢。

波音707的原型機于1954年7月15日首飛。這是波音噴氣式客機系列中的第一架，也是首架在商業運營中獲得成功的噴氣式客機。隨后，法國南方飛機公司SE210“快帆”噴氣式客機于1955年5月27日進行了首次飛行。“快帆”客氣采用兩臺安裝在飛機尾部的渦噴發動機，開創了客機的尾吊式發動機布局形式。

同年10月，泛美航空公司訂購了45架噴氣式客機，包括25架道格拉斯公司的DC-8和20架波音公司的波音707。

1951年1月，美國開始實施“大力神”洲際彈道導彈計劃。這一計劃必然要占用大量航空領域的科學、工程和組織管理人才。隨著軍備競爭和彈道導彈技術的發展，洲際彈道導彈計劃開始成為主要的發展項目。

“大力神”計劃最初并不大，但隨著計劃的進行和后續其他彈道導彈計劃的實施而變得愈加龐大了。它們支配了航空工業，控制了教育體系、管理技術、研究人員和經費，甚至連航空工業的名稱都變為了航空航天工業。

還沒等到這十年結束，美國的航空航天工業就遭遇了挑戰。

1957年10月4日，蘇聯的第一顆人造衛星就進入了地球軌道，并用“嗶啵嗶啵”的無線電廣播信號，宣布著人類的這一偉大進步。但對美國的航空航天工程師們來說，這個信號是一種嘲笑。

還不到一個月，第二次打擊有來了。蘇聯發射了第二顆人造衛星，并攜帶一只名叫萊伊卡的小狗作為乘員。這兩顆衛星的出現引發了美蘇之間在航天領域的競爭，并一直持續到冷戰結束。蘭利實驗室為此不得不調整研究方向，重新分配科研經費，以滿足航天研究項目的需要。因為這一調整，到了下一個十年剛開始的1958年，美國國家航空咨詢委員會（NACA）就變成了國家航空航天局（NASA）。

NACA蘭利實驗室的研究工作

從第一次突破聲障到持續有效地進行超聲速飛行之間有多少困難，蘭利實驗室對此事深有感觸。

貝爾飛機公司的X-1研究機采用“硬撐”的方法實現了超聲速飛行，但速度真正超過馬赫數1.0的時間很短。X-1采用了推力大但燃料消耗也大的火箭發動機，為了節省起飛和爬升階段消耗的燃料， X-1是由B-29改裝的母機掛載升空，在適當的高度投放。從突破聲障飛行研究的角度看，這是一架非常好的研究機，但無法改為實用的軍用或民用飛機。

為了找到實用的超聲速飛機設計方案，NACA針對幾個突出的問題，展開了如何實現持續超聲速飛行的研究。

噴氣發動機技術日益成熟，其推力理論上已經可以在正常飛行高度上，讓飛機達到聲速而無需采用像X-1那樣的極端設計。對后掠翼的研究表明，這種機翼可以有效地減小阻力，甚至能在現有的發動機推力水平下實現超聲速飛行。

但超聲速飛機的設計仍然存在不少困難。雖然可以得到有關部件或一般性的氣動力外形的某些數據，但這些數據只能解決定性的問題，不能解決飛機細節設計中的任何問題。設計中遇到的難題包括：如何用（類似X-1的）薄翼型產生高升力，怎樣設計有效地超聲速進氣道，飛機操縱系統是基于以前獲得的亞聲速飛行數據的，等等。

更進一步地，人們開始認識到，飛機不再是一個簡單的線條設計，可以將分別設計好的各個部件像積木一樣進行組合就能完成的。不僅是超聲速飛機，任何一架成功的高速飛機都必須按照一個整體進行綜合設計。整個飛機的部件相互間都有影響，任何一個部件的改動都將對整體設計產生影響，有些還是非常致命的影響。

上述這些，就是第4個十年開始時NACA蘭利實驗室的研究人員所面臨的研究工作概況。超聲速時代已經來臨，此時軍用飛機的設計要求就是越過跨聲速區，能持續地進行超聲速飛行。因此，必須很快獲得相應速度范圍的新數據。

幸虧在上個十年中，蘭利實驗室成功發展出了開縫試驗段的風洞技術。有了這種開縫壁/開槽壁風洞（或稱跨聲速風洞），將能在之前的無法得出可靠試驗結果的跨聲速區域獲得精確結果。

風洞設施一直是蘭利實驗室的重要組成部分，這一階段首先對開縫試驗段/跨聲速風洞進行規劃。1949年5月，美國國防部研究與發展委員會首先批準建設一座新的8英尺（2.4米）跨聲速風洞。12月，蘭利實驗室在之前已經改裝了開縫試驗段的原8英尺高速風洞中，第一次吹出了持續跨聲速氣流。一年后，改造成開縫試驗段的16英尺（4.8米）高速風洞也獲得了持續跨聲速流場。

這項工作使得蘭利實驗室的約翰·斯塔克和他的助手們在1951年獲得了科利爾獎，以表彰他們在構思、發展和實際運用開縫試驗段/跨聲速風洞方面所做的工作。

沃洛普斯島無人機研究部的工作與跨聲速風洞里的研究工作在同時展開，目前已經開始研究火箭動力模型所能達到的超聲速范圍。

通過這些探索性試驗和分析，研究人員逐漸了解了跨聲速范圍的問題。明確了基本問題后，通過對試驗數據的分析可以找出飛行的關鍵難點。

進行超聲速飛行的最大困難，是如何使飛機迅速通過跨聲速范圍，使其不至因馬赫數1.0附近加速緩慢而消耗寶貴的燃油。因為在接近馬赫數1.0的區域，阻力驟然增加，同時伴隨升力減少。而升力的改變，往往會導致某些操縱問題的出現。最好的解決方案，是找出這些問題，通過分析完全了解它們并進行修正。但在當時還沒有獲得這些知識。

當時在集中力量解決如何減小通過跨聲速范圍的飛行阻力。

蘭利實驗室一位名叫理查德·惠特科姆的研究人員在觀察風洞試驗時，憑直覺認為，阻力的增加是因為機翼和機身之間的干擾引起的。通過一些試驗，發現情況確實如此。

曾提出后掠翼設計概念的德國航空工程師阿道夫·布澤曼，從事高速空氣動力學研究已有十多年了。1951年11月，已移居美國布澤曼提出了有關跨聲速流場的“管流特性”。他指出：流體經過跨聲速區域時，流管的橫截面積（由氣流中的一組流線所劃定的不明顯表面）并不改變。

惠特科姆也在考慮這個問題，根據布澤曼的見解，再加上補充進行的風洞試驗，他推導出了面積律。面積律是一種基本的設計概念，蘭利實驗室的工程師認為，正是這個設計概念讓持續超聲速飛行成為了可能。

簡單地說，面積律要求一架飛機的橫截面積從前到后不要變化得太突然。這樣可以最大程度地減少氣流的擾動和跨聲速阻力的增加。

比如，飛機在機翼處的橫截面積比前后都有較大增加。為了消除橫截面積在此處突然增加產生的影響的，就必須減小相應位置的機身橫截面積。因此，機翼安裝位置的機身需要收進去一塊。這種蜂腰狀（或稱“可口可樂瓶”形）的外形，就是早期超聲速飛機應用了跨聲速面積律后的一個顯著特征。

從1952年2月開始，部分飛機研發項目在原設計中加入了面積律概念。最先采用面積律的是兩架軍用飛機。美國通用動力康維爾分公司（以下簡稱康維爾公司）XF-102的設計速度是低超聲速，但原方案似乎很難達到；格魯門公司XF11F-1的初期設計目標也是低超聲速。進行面積律修形后，兩架飛機很容易就通過了跨聲速區域，而且沒有為此增加發動機的功率。

面積律的研究是飛機設計中的項真正的突破，因此當時在蘭利實驗室仍然是保密的。直到1955年，惠特科姆因發現并實驗證實了面積律，從而能以同樣的功率達到更高的速度和更大的航程而獲得1954年度科利爾獎的時候，面積律才公之于眾。

面積律的研究仍在繼續進行，跨聲速面積律發展到應用于速度更快的超聲速飛機的設計中。因為在F-102設計中獲得的經驗，康維爾公司對面積律青睞有加。他們在設計B-58轟炸機時，將面積律應用于超聲速，使得該機成為第一種按超聲速面積律概念設計的飛機。B-58轟炸機于1956年11月11日進行了首飛。

B-58能夠成功首飛，與康維爾公司之前另一架編號為XF-92A的小型三角翼飛機有著密切聯系。XF-92A戰斗機主要設計目標是執行防空截擊任務，后來也用于一項研究計劃，以判斷三角翼是否為實現高速飛行的正確機翼平面形狀。

一名參加過XF-92A飛行試驗的美國空軍飛行員表示，該機只是在垂直俯沖時才剛剛達到超聲速。但俯沖試驗也表明，較薄的三角翼的XF-92A，比較厚后掠翼的F-86和平直翼的F-94，更易于從跨聲速區域過渡到低超聲速。F-86和F-94都能在俯沖時通過跨聲速區域。

后來，XF-92A成為了NACA的研究機，參與了大量的飛行試驗，一直到退役。

在上一個十年里，NACA蘭利實驗室和軍方以及航空界開發出來的研究機，為飛機設計提供了大量的資料積累，其中最有價值的是那些以前從未獲得的數據。

在這個十年中，研究機的飛行試驗仍然是取得相關數據的重要手段之一。

這類研究機的開山鼻祖——貝爾飛機公司的X-1，在1947年飛過了跨聲速范圍，讓人類第一次完成了超聲速飛行。第二架研究機是道格拉斯飛機公司的D-558-1“天空閃光”，采用平直翼，動力裝置為一臺艾利遜J35-A-11渦噴發動機。該機屬于NACA與美國海軍的聯合研究項目，于1947年4月開始試飛，當年8月創造了650.8英里/時（1048千米/時）的飛行速度世界紀錄。

D-558-1的改進型是道格拉斯飛機公司為美國海軍研制的D-558-2“天空火箭”研究機。與D-558-1不同，D-558-2采用了后掠翼，動力裝置為火箭/渦噴發動機混合動力。該機共制造了3架，其中一架將渦噴發動機換為LR-8火箭發動機，由一架改裝的P2B（B-29轟炸機的海軍型）攜帶至空中投放，由此成為了第一架飛行速度超過馬赫數2.0的飛機。

貝爾飛機公司的X-2研究機向前邁進了一大步。該項研究項目的目標是嘗試將升限突破10萬英尺（30480米）高度、飛行速度達到馬赫數3.0。X-2為后掠翼，采用一臺寇蒂斯-懷特XLR25火箭發動機，機體材料為耐腐蝕的莫涅爾合金和不銹鋼，希望以此來解決高速飛行時的氣動加熱問題。X-2項目開展的時間并不長，在其短暫的光輝歲月里曾達到12.6萬英尺（38400米）的飛行高度和馬赫數3.2的飛行速度。當制造出的僅有兩架X-2相繼墜毀、兩名飛行員不幸喪生之后，該項目就結束了。

但是，從事研究機飛行試驗的工程師們考慮的不光是速度和高度這兩項性能。

美國空軍用諾斯羅普飛機公司制造的X-4開展了一項研究計劃。X-4是一架雙發噴氣式無尾飛機，這種設計方案是基于“去掉水平尾翼可以減少在跨聲速區由機翼-尾翼組合帶來的問題”的理論。X-4后來成為一架可靠的研究機，盡管其飛行速度僅為高亞聲速。

另一架有名的研究機是道格拉斯飛機公司的X-3，最初的研究目的是探索持續超聲速飛行問題。該機有著細長的尖銳機頭，一對很薄的小展弦比梯形平直翼位于機身中部。飛行試驗表明X-3的動力不足，翼載荷很大。盡管如此，在1952-1956年的四年多時間里，經驗豐富的試飛員們成功地獲得了有關極薄機翼在跨聲速區氣動特性的許多有價值的數據。

X-3的慣性特性幾乎與之前的機型都不相同，在試飛中發現了高速飛行的慣性交感問題。大致上，該機在飛行中會因快速橫滾或急劇盤旋等機動動作誘發滾動不穩定，從而造成飛機失速或結構破壞等重大危險。由于X-3采用了小展弦比薄機翼，其質量絕大部分集中在機身，沿翼展方向幾乎沒有，這兩個方向慣性力矩的差很大。當飛行員猛壓坡度進入轉彎或盤旋時，慣性矩差會同時造成偏航運動。北美航空公司F-100超聲速戰斗機的第一種改型就是因為這種無法控制的偏航運動而在空中解體的。

對于慣性交感的問題，之前蘭利實驗室也曾偶然地從理論上進行過研究，并在1948年提交了相關的研究報告。但報告歸檔后就被人們遺忘了，直到該問題再次出現并影響到了高速飛行的安全。此時，人們才發現，為解決慣性交感問題而緊急開展的飛行試驗和風洞試驗計劃中，該報告成為了關鍵。

X系列研究機中的第五種是另一種類型的飛機。X-5采用了可變后掠翼的概念，而且是在飛行中改變后掠角。有人認為，這種先進的可變后掠翼概念是在蘭利實驗室中誕生的；也有人不認可這種說法。

早在1948年7月，貝爾飛機公司向美國軍方提交了一項建議，研制可在飛行中改變后掠角的研究機。美國空軍為此找到NACA，將可變后掠翼飛機作為雙方聯合研究計劃的一部分。NACA同意了這項聯合研究計劃。于是，X-5研究機開始成形。

可變后掠翼的設想，可能來自研究后掠翼飛機優勢和劣勢問題的部分研究人員。他們在當時的研究中認為：在高速飛行時后掠翼具有很大優勢，但在低速飛行時升力特性不如平直翼；如果有可能使得機翼在低速飛行時為平直翼，高速飛行時變為與速度相適應的不同后掠角的后掠翼，將使后掠翼能很好地兼顧低速與高速性能。

1945年，蘭利實驗室就曾在自由飛風洞中研究傾斜翼飛機。該機的機翼垂直中心線上有一個轉軸，當機翼繞其轉動時，一側機翼向前，另一側機翼向后。風洞試驗表明，這種構型奇特的飛機在“大約40度的斜角內表現出了非常好的飛行特性”。試驗結果發表在1208號技術報告上。

兩年后，貝爾飛機公司將一個X-1的模型進行了修改，用于在蘭利實驗室7英尺×10英尺（2.1米×3.0米）風洞中進行可變后掠翼試驗。試驗結果表明，可變后掠翼的設想是可行的。試驗還表明，為了把穩定性保持在要求的范圍內，或許只能讓機翼沿縱軸前后移動。

貝爾飛機公司提出的X-5研究機項目，將它在研究機設計方面的經驗和蘭利實驗室1945-1947年間在風洞中所做的研究工作結合在了一起。

X-5在1951年6月20日進行了首次飛行，之后逐漸成為了一項廣泛的飛行試驗計劃中的一部分。該計劃是研究機翼后掠角的改變對性能和飛行品質的影響。

試驗中X-5的后掠角在飛行中改變了多次，都沒有發生問題。這證明了蘭利實驗室之前的研究工作是正確的。因為設計師在X-5上成功地設計了一個機構，在機翼后掠的同時讓整個機翼向前移動，以使飛機保持原有的穩定性和操縱性。

另外，這項飛行試驗計劃還有一個不為人所知的收獲，就是得到了大后掠角飛機在低空高速飛行時對陣風的反應的相關知識。

試驗中，X-5曾以59度最大后掠角在接近地面的高度飛行。由此得到的數據成為了后來設計執行戰術任務的可變后掠翼多用途戰斗機的重要依據。

在X-5的飛行試驗計劃進行的同時，蘭利實驗室的風洞和其他設施也在開展各種模型的低速和高速吹風試驗研究。在風洞中使用的是跨聲速拱形板技術，在半翼展模型的飛行試驗中采用的仍是翼流法。

同一時期，美國海軍和格魯門飛機公司正在研制一型可變后掠翼戰斗機XF10F-1。該機于1952年5月進行了首飛。蘭利實驗室在跨聲速風洞中對XF10F-1的各種模型進行了風洞試驗，還在沃洛普斯島的無人駕駛飛機研究部以火箭推進技術對上述模型進行了飛行試驗。

XF10F-1項目最終失敗了，但不是因為采用了可變后掠翼技術。飛行試驗中，可變后掠翼部分未發生任何嚴重的機械問題。但是由于飛行和飛機其他方面的不足和限制，幾乎未獲得可變后掠翼在軍用飛機上應用的有用數據。

由于種種原因，蘭利實驗室僅僅是臨時地進行可變后掠翼的研究工作。

首先，20世紀50年代初期，軍方并未提出持續進行超聲速飛行的要求。當時理想的作戰模式，是以亞聲速巡航進入目標區然后進行短時的超聲速俯沖攻擊。

其次，當時并未要求采用低空突防以躲避雷達的探測。軍方尚未考慮到將X-5研究機在飛行試驗中展示的大后掠角飛機低空高速飛行能力應用到軍事領域。

但是，在美國空軍之后提出的一系列以“武器系統”（Weapon System）編號的軍機項目中，WS-110項目即要求設計一種具備超聲速巡航能力的戰略轟炸機。其他一些軍機項目也開始包括低空高速突防能力，甚至還有短跑道起降能力和更遠的轉場航程。

超聲速巡航、低空高速突防、較短的起降距離、更遠的轉場航程等性能要求，使得后來進行方案設計時，就將蘭利實驗室可變后掠翼研究中的某些概念整合了進去。但是，在這個十年的其余時間里，研究工作還只是維持在一個較為初級的階段。

不過，WS-110項目帶來了一場飛機設計的革命。

1954年底，美國空軍提出了對B-52戰略轟炸機后續機型的需求，要求新機型能從現有跑道上起飛并能使用現有的維護設備。這種飛機的不加油航程最少應為6000英里（9660千米），速度盡可能快。由于要求進行遠距離超聲速飛行（即超聲速巡航能力）并采用當時常規的機體-發動機匹配方式，參與投標的都是機體龐大、設計非常復雜的方案。為此，空軍一方面要求各方重新開始方案設計，另一方面也開始重新審視WS-110項目的要求是否可行。

北美航空公司提出的XB-70計劃方案最終贏得了WS-110項目。經過許多周折，該方案發展成為了后來有著許多政治和技術問題的XB-70計劃。該計劃因為美國后來提出的“導彈+飛機”的混合力量方案而下馬，最后洲際彈道導彈又替代了“導彈+飛機”的混合力量方案。

蘭利實驗室的研究人員否認他們在XB-70計劃中起了主要作用。蘭利實驗室為配合XB-70而開展的研究使他們注意到了持續超聲速飛行的問題。因為對這些問題的重視，蘭利實驗室此后也一直關注著超聲速巡航飛機的研制情況。

在蘭利實驗室的這個豐收的十年里，誕生了NACA前50年里最重要也最有意義的飛機之一：X-15高超聲速研究機。該機的起源可以追溯到貝爾飛機公司1952年1月8日的一份文獻。當時該公司已經成功研制出了X-1、X-2和X-5研究機。

貝爾飛機公司在這份文獻中提出，研制一型有人駕駛高超聲速研究機，用來支持一個即將成立的NACA小組。這個小組主要從事評估和分析高超聲速飛行和空間飛行中的一些基本問題。

1952年6月，NACA的氣動力委員會通過一項決議，建議NACA擴大其在馬赫數4～10速度范圍內的研究計劃，并著眼于更高的速度范圍的研究。

蘭利實驗室成立了一個委員會來評估貝爾飛機公司的上述建議及其采用火箭發動機的可變后掠翼有人駕駛研究機的設計方案。此外，通過NACA的渠道還特意提出了兩個性能類似的研究機設計方案。其中一個是兩級火箭推進飛行器方案，另一個是在現有的X-2研究機基礎上進行改進設計的方案。

1954年3月，由NACA各實驗室聯合成立的“研究機委員會”得出結論，制造全新的研究飛行器是一條更好的途徑。為此，要求NACA的4個實驗室具體研究詳細的設計指標和要求。

當年7月，研究工作做了更具體的布置，并很快有了初步結果。蘭利實驗室和NACA愛德華茲空軍基地高速飛行站（即之前的穆羅克飛行試驗隊和后來的德萊頓飛行研究中心）的研究工作得到了以下結論：能夠而且也需要研制出飛行速度達到馬赫數7的研究機。

還是在7月，美國空軍和海軍的代表與NACA的相關人員會面，聽取了研制研究機的計劃介紹。之后，航空工業界的幾個小組參觀了蘭利實驗室，和實驗室的研究人員詳細討論了有關研究機的研制計劃。

1954年10月，NACA氣動力委員會舉行了一次會議，會議批準了研究機研制的計劃。美國空軍、海軍和NACA一起聯合規定了技術要求。他們提出的技術要求與蘭利實驗室的研究結果大致是相符的。

1954年12月，NACA向美國國防部“航空技術顧問組”提交了該計劃的正式報告。顧問組批準了這一計劃，并指定NACA為這項計劃的技術管理人。顧問組還希望在航空工業界提出設計方案時能進行審核。

之后，美國空軍、海軍和NACA之間達成了一項協議，確定成立研究機委員會，從技術上指導這項計劃的實施。12月30日該計劃準備開始方案競標，委員會向航空工業界發出了標書。

1955年夏天，航空工業界提交了參與競標的設計方案，當年秋季就完成了方案評審。1956年6月，北美航空公司獲得了制造3架X-15研究機的合同，希奧科爾化學公司反應發動機分公司得到了發動機的研制和生產合同。

風洞試驗和結構部件的研發工作與1956年開始，以便獲得足夠的有用數據，保證X-15可以在1957年9月開始制造。

第一架X-15在1959年6月進行了首次無動力滑翔飛行。此時，NACA已于1958年改為了美國國家航空航天局（NASA）。到1960年3月正式交付后，X-15才開始由NASA進行試飛。

像X-15和XB-70這樣的項目，以及發展出面積律、可變后掠翼這類概念，是NACA各研究實驗室所做工作的杰出代表。而這些耀眼的成就背后，有著許多研究人員長年累月地為航空和飛行器系統付出了辛勤的勞動。

就在發展這些飛機的同時，NACA也在為必將到來的軍民用飛行器的超聲速飛行時代奠定著基礎。

蘭利實驗室開展的基礎研究工作和成果包括：常規和非常規氣動構型研究的風洞試驗；對這些氣動構型的理論分析和利用火箭動力模型進行的飛行試驗評估；開發出了適用于高速飛行的一系列機翼平面形狀和薄后掠翼操縱系統與增升裝置。

蘭利實驗室的研究計劃中還產生了不少推動高速飛行發展的科研成果，比如可避免上仰問題的低置水平尾翼、比常規的外側副翼更高效且受力更小的內側副翼等。這些新技術應用在了包括“百字頭”戰斗機在內的許多機型上。

蘭利實驗室在結構方面開展的研究工作，讓從事顫振和振動問題的研究人員獲益匪淺。1955年初，一座19英尺（5.8米）風洞經過改進后開始進行動力顫振模型的試驗，表明蘭利實驗室的工作開始加速進行了。當時，該風洞能在相當于海平面到95000英尺（29000米）高度的范圍內獲得變化幅度很廣的馬赫數和雷諾數。

通過在改進后的風洞中進行的試驗，結合理論分析，蘭利實驗室的技術人員對發展跨聲速和超聲速顫振的估算方法做出了重大貢獻。

在疲勞規范和空中/地面結構載荷預估方面，蘭利實驗室也做出了貢獻。

對直升機的研究，始于蘭利實驗室在第2個十年中進行的開創性工作。隨著旋翼試驗塔在第3個十年中投入使用，這項研究開始擴大。在第4個十年中，直升機研究工作得到進一步發展。蘭利實驗室開始對新研制的直升機進行飛行試驗，以便正確評價其操縱品質，并為以后的直升機設計制定操縱品質標準。發展了直升機（旋翼）專用翼型，擴大了蘭利實驗室早期翼型風洞試驗所做的基礎工作。

蘭利實驗室分析了直升機穩定性這個長期的難題，開發出了預測穩定性的方法，并通過旋翼模型和全尺寸旋翼進行飛行試驗和地面風洞試驗，以研究陣風和機動飛行對旋翼產生的載荷。

蘭利實驗室在高超聲速空氣動力學方面的基礎研究工作，帶動了X-15研究機計劃的出現。這些研究也為之后載人空間飛行計劃和高超聲速技術在商業運輸方面的應用打下了堅實的基礎。

在這個十年中，一條著陸載荷滑軌在蘭利實驗室投入使用。該裝置的主體是一輛可以用多種方式驅動的滑車。車上能夠安裝典型的飛機起落架，并可以模擬飛機滑跑著陸和利用尾鉤攔阻著陸時所受到的動載荷狀態。

當時，許多飛機上都安裝了記錄速度、重力、高度等數據的記錄儀。1950年，蘭利實驗室利用這些數據對世界上許多地區的大氣湍流和陣風進行了分析，以此指導飛機設計師參照擾動狀態而不是穩定飛行狀態進行設計。

撓性機翼這種全新增的升結構，是蘭利實驗室在二戰剛結束時提出的，1948年以一種輕型飛機機翼進行了專利登記。現在，升阻比小于3.0的許多機型都采用了撓性機翼。

飛行研究工作中最有效的手段之一——“模型試飛技術”，在第4個十年里也得到了很大的發展。

模型試飛技術是從蘭利實驗室在自由尾旋風洞中進行的早期研究工作中發展起來的。這些試驗是在風洞的垂直試驗段中讓縮尺模型進入尾旋，以便拍攝和觀察其運動狀況。

自由尾旋風洞的設想在20世紀30年代被推廣到了自由飛風洞上。通過這種技術可以獲得小尺寸遙控模型的飛行穩定性和操縱特性。1937年，蘭利實驗室建成了一座小型自由飛風洞。這是蘭利實驗室以后多座自由飛風洞的一個試驗型。

在這座試驗型風洞中進行的模型研究工作取得了不錯的成果，讓蘭利實驗室決定新建一座12英尺（3.6米）自由飛風洞。該風洞于1939年開始運行，一直使用到20世紀50年代初期，直到蘭利實驗室開發出了一項新技術并將其運用到全尺寸風洞中。

這項遙控試飛有動力模型的新技術，用于測試飛行穩定性和操縱特性。這種技術是定性的研究方法，是從模型操縱員和記錄模型飛行表現的影片中得出所需的結果。

在這段時間里，蘭利實驗室還采用了另外幾種模型試飛技術，除了自由飛，還包括航模愛好者喜愛的線操縱模型飛行。蘭利實驗室的線操縱設備于1955年開始使用，以提高垂直起降飛機過渡飛行的研究能力。采用線操縱技術可以完成從垂直到水平飛行和從水平飛行到垂直飛行的迅速過渡。由于改變風洞氣流速度需要很長時間，在全尺寸風洞中進行過渡飛行試驗受到限制，只能以很慢的速度完成過渡飛行。

在這個十年的末期，蘭利實驗室開始真正投入大量的精力進行高超聲速飛行的研究工作。

實施X-15計劃的目的，就是加緊進行對超聲速飛行范圍的高速區直到高超聲速區的研究工作。

1955年，蘭利實驗室和艾姆斯航空實驗室共同開發出一套用于研究材料和結構的高溫裝置。因氣動加熱產生的高溫問題，被作為阻礙高超聲速飛行的關鍵難題單獨提出來。NACA計劃突破這個障礙，以成功實現高超聲速飛行。

在沃洛普斯站，蘭利實驗室正在開發多級火箭飛行器，以使試驗模型達到更快的速度和更高的高度。1956年8月21日，沃洛普斯島的無人駕駛飛機研究部成功發射了一個5級固體火箭飛行器，飛行速度達到了馬赫數15。這個速度不僅深入了高超聲速領域，而且達到了彈道導彈彈頭和航天器返回艙的速度范圍。

1956年，蘭利實驗室結構研究部開始研究電弧噴射裝置。這種裝置產生的高溫可用來模擬彈頭和返回艙再入飛行段的環境。之后，蘭利實驗室開發了24個這類裝置，用于再入體的材料和結構問題研究。

1957年7月，蘭利實驗室的技術人員開始研究采用固體運載火箭發射小的有效載荷進入地球軌道，目的是開發出一種低成本的發射技術用于科研衛星的發射。

這項研究的最終成果，是設計并開發出了一種名為“偵察兵”的固體推進劑運載火箭。這種運載火箭為美國政府、工業界和外國政府的航天機構發射了很多航天科研儀器。

1957年底，蘭利實驗室提出了從空間軌道再入大氣層的飛行器基本構型，后來成為了“水星”計劃中返回艙的特有外形。此外，還提出了載入航天器的有翼和無翼滑翔器外形，后來也被應用在了戴納-索爾和阿波羅計劃中。

在這個十年的開始，由試飛員駕駛的研究機首次探索了超聲速領域的飛行。之后，超聲速作戰飛機和超聲速飛行在軍事領域得到了迅速的發展。

在這個十年即將結束的時候，人們突然認識到航天飛行的重要性，以及空間軌道對于科學研究和國防戰略的重要價值。在蘇聯的人造衛星刺激下，美國開始設計各種載人航天器，研究如何把航天員送入太空并穿過再入時灼熱的大氣層安全返回地面。

經過多年發展起來的航空科技很快進入了另一個全新的技術領域。這個新的技術領域所面臨的環境是沒有空氣的，在其中飛行無法依靠機翼產生升力，氣動力控制技術也不起作用，渦噴發動機更是無法燃燒。

但是，在航空領域的研究成果，卻成為了載入航天飛行獲得成功的最重要因素之一。因為，進入太空的航天器首先要從地面起飛并經過大氣層內的飛行；從太空中返回的航天器也必須經過大氣層內的再入段飛行。

蘭利實驗室下一個十年的研究工作已經有了明確的新目標了。