Boeing X-51

Bakgrunn

Forskning på scramjet-prinsippet (Supersonic Combustion Ramjet) har pågått i mange år, og det foreløpige høydepunktet var NASA X-43 som satte hastighetsrekord for jetfly med Mach 9,6 i november 2004. Scramjetmotorens fortrinn sammenlignet med turbojetmotoren er at den har få bevegelige deler. Scramjetmotoren forbrenner oksygen som finnes i atmosfæren, og trenger i motsetning til rakettmoren ikke medbrakt oksidant. Ulempen er først og fremst at motoren ikke virker i lave hastigheter.

X-51

I tiden fra september 2002 til juni 2003 gjennomførte den amerikanske flymotorfabrikanten Pratt & Whitney flere bakkestester med en scramjet demonstrasjonsmotor kalt GDE-1. Testene som ble utført på oppdrag fra AFRL var vellykkede, og hastighetene som ble simulert lå mellom Mach 4,5 og 6,5. I januar 2004 ble Pratt & Whitney og Boeing valgt for å bygge og testfly SED-WR (Scramjet Engine Demonstrator-WaveRider). Betegnelsen X-51 ble tildelt 27. september 2005. Pratt & Whitney Rocketdyne står for utviklingen og byggingen av scramjetmotoren, mens Boeing Phantom Works skal bygge selve flykroppen og styresystemene. I tillegg skal Lockheed Martin modifisere en rakettmotor fra et ATACMS missil. Denne raketten skal bringe X-51 opp i hastigheten scramjetmotoren må ha for å fungere. 
Testkjøring av motoren i vindtunnelen ved NASAs Langley Research Center i Hampton, Virginia i april 2007 ga en skyvekraft som tilsvarer Mach 5,0. I mars 2008 ble motoren som skal brukes i testflyvningene sammenmontert for testkjøring og godkjennelse. Motoren og flyet gjennomgikk grundige bakke-tester i 2008 og første halvdel av 2009, før den første testflyvningen i mai 2010. Så langt er 4 testflyvninger planlagt, og den siste ble gjennomført 1. mai 2013.
Kostnadsoverslagene for hele X-51-programmet ligger på omkring 200 millioner USD.

Formål

X-51 skal teste scramjetmotoren i hypersoniske hastigheter over Mach 6,0. Målet med programmet er også at det skal legge grunnlaget for fremtidige fly og missiler med scramjet. Ifølge motorfabrikanten Pratt & Whitney Rocketdyne, er romfartøyer, rekognosering/angrepsfly, og missiler med ubegrenset rekkevidde noen av bruksområdene man ser for seg.

Design

I motsetning til X-43's scramjet som brukte hydrogen, skal scramjetmotoren i X-51 bruke jetdrivstoffet JP-7(Jet Propellant - 7). Dette drivstoffet har høyt flammepunkt og høy termisk stabilitet (egenskapene endres lite ved temperaturforandringer). JP-7 ble opprinnelig utviklet av USAs flyvåpen for bruk i supersoniske fly, og er det samme drivstoffet som Lockheed SR-71 Blackbird brukte. I tillegg til å forbrennes, brukes drivstoffet til å kjøle ned motoren. Drivstoffpumpen og innsprøytingssystemet er utviklet av Pratt & Whitney, og vil ha et eget kontrollsystem.
Flyskroget og rammen er bygd av materialer som tåler de høye temperaturene hypersonisk flyvning medfører. Skroget er utformet for å mate sjokkbølgene inn i motorens luftinntak, og på denne måten øke ytelsen.

Testflyvning

De planlagte testflyvningene starter med at X-51 og hjelperaketten blir løftet til en høyde på 10 500 meter (35 000 fot) av et B-52 moderfly. Etter at X-51 er sluppet, sstartes hjelperaketten og bringe ekvipasjen opp i en hastighet på omkring Mach 4,5. Ved denne hastigheten startes scramjetmotoren, og hjelperaketten kobles fra. Planen er at scramjetmotoren skal brenne i minst 5 minutter, og bringe X-51 opp i en hastighet på Mach 6,5. Den første testflyvningen ble gjennomført 26. mai 2010. Testen varte i 143 sekunder. Den fjerde (og foreløpig siste) testflyvningen ble gjennomført 1. mai 2013. Denne testen varte i hele 6 minutter, og flyet oppnådde en hastighet på Mach 5.