X-51A 的飞行试验为4 次。计划从2009 年8 月开 始，在加利福尼亚州的Pt. Mugu 靶场进行。与Hyper-X 的X-43A 相似，高超声速飞行器由亚声速运载飞行器 运送到高空，由火箭助推达到超燃冲压发动机开始工 作的适当高度和马赫数。超燃冲压发动机与助推器分离后，X-51A 将在超燃冲压发动机工作下从马赫数4.5 加速到马赫数为6+。飞行试验组件安装在B-52H 飞机 的左翼外部下侧，B-52H 飞机属于AFFTC 的419 试验 队。一个能运载1 814 kg 重的适配器大梁（HSAB）安 装在B-52H 飞机的外挂架上，X-51A 安装在HSAB 上。 合适的时候，将采用标准JDAM 释放程序。B-52H 携 带X-51A，从爱德华空军基地起飞，飞向西南方向的 Pt. Mugu 靶场，飞两次“racetrack”模式。在racetrack 的平直段面向西飞行时，B-52H 将在15 km 高空保持 马赫数为0.8，进行机体检测，如果B-52H 到达太平洋 上空的发射点时所有发射条件满足要求，释放X-51A 飞行试验组件。为确保充分分离，在助推器点火之前， X-51A 将自由下落4 s。之后，ATACMS 固体火箭助推 器点火并工作约35 s，AVD 飞到18.3 km 高度时，马 赫数达到4.5。在助推过程中，超燃冲压发动机进气道 处于气动启动状态，随着高速气流进入进气道并流经 级间段，气动加热使流经壁面的温度升高，少量JP-7 燃料将流入并填充到热交换器壁面内。
 在助推器关机之前，巡航体与助推器和级间段分 离，经很短的惯性飞行之后，将乙烯喷入发动机流道 并点火，完成对发动机壁面和内部JP-7 燃料的加热， 一旦这些燃料加热到最低点火温度，超燃冲压发动机 开始把加热的碳氢JP-7 燃料喷入发动机流道，这种转 换过程将持续数秒，直到乙烯完全消耗掉，发动机只 依靠JP-7 燃料进行运行。发动机将一直工作到机载燃 料耗尽。
随着超燃冲压发动机停止工作，飞行器将惯性滑 行，在无动力下降过程中进行一系列的机动飞行参数 的辨识工作，这些工作将为飞行器提供高超声速阶段 的有价值的飞行特性，飞行器减速通过不同阶段的马 赫数，提供数据可与风洞数据库数据进行对比。然后， 飞行器继续下降并减速，直至溅落到太平洋离释放点 约740 km 处。
飞行试验于2009 年进行，4~5 月进行地面试验，5 月对X-51A 首飞试验准备进行评估，6 月对X-51A 进 行首飞试验，X-51A 所有的AVD 飞行实验组件安装在 B-52H 上，围绕爱德华空军基地试验靶场飞行，测定 B-52H/X-51A 的飞行操纵、验证遥测数据和控制场所。 2009 年6 月，进行飞行彩排，B-52H 在Pt. Mugu 靶场 上空飞行，飞完整个任务过程，上升到实际的释放点。 2009 年8 月，进行X-51A 首飞自主飞行试验，第2 次飞行在56 天后，第3，4 次飞行在11 月和12 月，第2， 3，4 次飞行每次间隔为42 天。计划在2010 年完成飞 行数据分析和最终报告，至此计划全部结束。
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