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1984年沉寂了多年的X系列试验飞行器计划终于迎来了转机，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。
1977年，DARPA（美国国防高级研究计划局）和美国空军飞行动力学实验室（现莱特实验室）开始联合研制一种前掠翼试验机，并将其命名为X-29A。X-29A机长16.44米，机高4.36米，翼展8.29米，安装有一台通用电气的F404-GE-400 涡扇喷气发动机，其最大推力为7,260千克。采用全动式鸭翼、前掠机翼、后机身边条布局，机翼内半翼后掠，外半翼前掠，两半翼交汇处的不利气流由鸭翼产生的脱体涡卷走，使机翼有较好的升力特性,机翼采用铝合金和钛金属结构，石墨环氧树脂复合材料的蒙皮。X-29A 的飞行控制系统可以极大的减小由前掠翼设计带来的飞行不稳定性，其控制计算机可以40次/秒的频率对各个飞行控制面进行调整。另外，三台数字控制计算机还具有备份功能，即一台计算机出现问题后其余两台可以及时接替其工作。
X-30
X-30是由美国国防部和NASA 共同组织研制的一种双座高超音速研究机，同时也是由DARPA 提出的国家空天飞机（NASP）计划的原型机。X-30实际上是一种能水平起降单级入轨、高超音速的航天飞机，采用尖头狭身机体大后掠三角翼单垂尾布局，以减少高速飞行时的阻力。X-30的机身从前到后为头锥、两人驾驶舱、电子设备舱、燃料舱，在机体腹部的动力装置由涡轮冲压/超音速燃烧冲压/入轨和再入大气火箭发动机构成，机体主要使用钛基复合材料，表面高热部分用带有内部冷却系统的防热材料敷设。由于其研制难度太大和研制费用过高，X-30项目仅仅只是停留在缩比模型研究阶段，并在1994年11月被取消，因而没有建造任何全尺寸实体样机。
X-31增强战斗机机动性（EFM）项目由波音公司与欧洲航空防务航天公司联合开展研究，它是X系列试验飞行器中第一个国际合作项目。X-31机长14.85米，机高4.45米，翼展7.28米，采用鸭式前翼、机腹进气、双三角机翼、单垂尾、无平尾布局，并带有翼根前边条。其机翼采用铝合金翼梁和翼肋、碳纤维复合材料蒙皮，机身结构大部分为铝合金材料。动力系统与X-29A一样，都是通用电气的F404-GE-400 涡扇喷气发动机。其发动机尾喷口处安装有三片推力导向片（可作正负10度的偏转，并能长时间承受最高1,500度的高温），可使飞机在上下或左右方向上的控制更加自如。X-31采用数字飞行控制系统，其中三台同步主计算机控制飞机飞行控制面的工作，余下一台计算机则在前面三台计算机出现冲突时充当连接断路器的角色，但这四台计算机都不具有与X-29A 类似的备份功能。
X-32
X-32 是波音公司为了获得美国军方JSF 联合攻击战斗机项目而推出的样机，机长14.33米，机高3.96米，翼展10.97米（CTOL 型）。X-32外形比较奇特，由于它有一对联接在发动机后部的可转向的喷气升力喷管，因而发动机必须安装在飞机前部。X-32采用很厚的整体式机翼，可承载大部分的结构载荷，并能装载近9吨燃油。机头下方有一个缝式进气口，每秒可吸入180千克的空气，供一台普惠F119--SE614涡轮风扇发动机使用。从总体上看，X-32 使用了大量先进技术，因而其技术实现难度也较大。在与X-35的竞争中，“前卫”的X-32败下阵来从而也失去了美国军方21世纪最大一笔军机采用订单。
X-33
X-33 由洛克希德.马丁公司著名的“臭鼬工程队”研制，它是无人驾驶单级入轨可重复使用航天运载飞行器“冒险星”的1/2比例的原型机，机长20.29米，机高5.88米，翼展22.06米。X-33 采用垂直起飞方式，亚轨道飞行，能在飞行跑道上着陆。X-33的动力采用一台波音公司特别开发的J2S 火箭发动机，其余部件也是包含了诸多高科技元素。2001年3月，同样由于存在诸多难以突破的技术难关（如线性气塞式发动机），NASA取消了已经耗资了13亿美元的X-33 项目。
X-34也是一种蕴涵了许多最顶尖科技的无人驾驶可重复使用低成本航天运载飞行器，机长为17.76米，机高3.50米，翼展8.44米,主要任务是验证大幅度降低航天运载成本技术的可行性。虽然其目标很诱人，但X-34仍然由于其技术太超前和项目超支于2001年3月被取消。
X-35
X-35A/B/C是洛克希德.马丁公司为参加美国军方JSF 战斗机项目竞标而研制，机长17.34米，机高4.41米，翼展10.05米，采用一台普惠F119-SE611发动机，并采用升力风扇系统来实现垂直飞行。相较于X-32来说，X-35 的设计更加务实，采用的大多数都是已经很成熟的技术。所以从外形上看，X-35更象是一架常规设计的战斗机。在试飞试验中，X-35成为了第一架突破马赫1 的垂直起降飞机。由于赢得了JSF的订单，X-35将成为21 世纪初生产数量最大的一种战斗机，服役后更名为F-35。