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  諾斯羅普公司共生產了兩架X-4,但是第一架被發現有一些機械上的問題,於是這架飛機在完成了10次飛行後被拆解。拆解後的飛機被用於為第二架X-4提供備用零件。  1950年至1953年間,X-4在NACA的高速飛行研究局(即後來的愛德華空軍基地)進行測試。在此期間,人們發現X-4的無水平尾翼的佈局在速度接近音速時會暴露出內在的縱向穩定性問題。以當時的科技水平來看,人們認為無尾翼的飛機不適用於超音速飛行。  1940年代,人們認為去掉水平尾翼會避免機翼與安定裝置之間的激波的干擾。這個干擾被認為是速度達到0.9馬赫時產生的穩定性問題的原因。在X-4之前已經出現了兩種無水平尾翼的飛機,即二戰中德國的火箭飛機Me 163和戰後英國的德哈維蘭DH.108。1946年6月11日,美國陸軍航空隊與諾斯羅普公司簽訂了兩架X-4的合同。諾斯羅普公司被選中的原因是它在設計飛翼方面有著豐富的經驗,它曾經設計過N-1M,N-9M,XB-35和YB-49這些飛翼式飛機。  諾斯羅普公司最後製造出來的飛機很小巧,它只夠容納兩具J30渦輪發動機,一個飛行員,基本儀器和可供45分鐘使用的燃料。幾乎所有保養工作都可以不用梯子或腳凳來完成。站在地面上的人可以很容易地看到座艙內部。這架飛機還有分裂開的副翼,可以當剎車用。

  1948年11月,第一架X-4(編號46-676)被送到加利福尼亞州愛德華空軍基地。1948年12月15日它完成了滑行測試與首飛,飛行員為諾斯羅普公司的試飛員Charles Tucker。冬天的降雨使愛德華空軍基地很快就被淹沒,之後的X-4試飛延遲到了1949年4月。第一架X-4被發現有機械故障,因此只完成了10次飛行。當時NACA試飛部門(即現在的德萊登飛行研究中心)的領導Walt Williams管這架飛機叫“檸檬”。第二架X-4(編號46-677)在試飛計劃中斷時被送達,這架飛機很快就被發現比第一架可靠得多。它一共完成了20次飛行。雖然如此,預定的飛行計劃直到1950年2月才結束,這之後這兩架飛機被送到美國空軍和 NACA。第一架X-4再也沒有飛過,它被用於為第二架X-4提供備用零件。  NACA讓一些美國空軍飛行員駕駛第二架X-4飛了幾次。這些飛行員包括了:查克·葉格,Pete Everest,Al Boyd,理查德·約翰遜,Fred Ascani,Arthur Murray和Jack Ridley。這幾次飛行都在1950年8月至9月間完成。第一次由NACA飛行員操縱的飛行是在1950年9月28日,由John Griffth駕駛。  NACA最初的測試是從1950年晚期至1951年5月,重點是要測試飛機對傾斜有多敏感。NACA飛行員Griffth 和Scott Crossfield說在飛機的速度達到0.88馬赫時,飛機開始越來越劇烈地擺動,感覺就像在搓衣板上開車一樣。越來越高的速度引起了一系列現象,包括機鼻向下傾斜。更糟的是,飛機好像要在三個軸上同時亂滾,這包括了左右傾斜,上下傾斜和橫滾。隨著速度的增加,這個現象越來越明顯。這就是“慣性力偶”現象,一個對研究人員的主要挑戰。  為了解決低穩定性的問題,工程師們決定增加副翼/輔助剎車後緣的厚度。兩片副翼之間被放上了輕木條,使它們保持著5度的傾斜。換裝增厚的副翼的X-4在1951年8月20日首飛,由NACA飛行員Walter Jones駕駛。10月由Scott Crossfield完成了第二次試飛。改進後的結果令人滿意,Jones說X-4的效能得到了很大的改善,飛機在速度達到0.92馬赫之前沒有出現要亂翻的徵兆。  在此之後,那些加裝的輕木條被移除。之後X-4完成了許多次試飛,為的是獲得降落時的資料。當剎車片開啟時,升力-重力比被減少到低於3比1,這是為了獲得將來的火箭飛機的有關資料。X-4的試飛一直進行到1951年10月,那時機翼油箱的洩漏使它不得不在地面進行大修,直到1952年3月降落測試得以繼續進行。NACA飛行員Joe Walker,Stanley Butchard 和George Cooper也被選中來完成試飛任務。  增厚的副翼/剎車片的測試令人滿意,於是輕木條又被重新安裝到了副翼/剎車片和升降舵輔助翼上去。這之後的第一次飛行是在1952年5月19日,Jones擔任飛行員。在這次飛行當中,有一個發動機壞掉了,備用的發動機直到8月才被送到。當測試恢復後,人們發現這個改進解決了上下襬動和左右傾斜的問題,而且將那個機鼻下墜的現象的發生時間從速度達到0.74馬赫延遲到了速度達到0.91馬赫。但是在速度超越0.91馬赫時,X-4還是會任意翻滾。  在幾年前,一位叫Taylor的試飛員說他駕駛著著X-4在一次俯衝中超越了音速。但是大量的測試說明,即使X-4真的有能力超越音速,它也只有在失去控制的情況下才會這樣。  1953年5月,加裝的輕木條再次被移除,人們開始研究X-4“副翼/剎車片和升降舵輔助翼”佈局的穩定性。隨後的測試中,擔任飛行員的是Scott Crossfield 和John B. McKay。這是整個X-4計劃中的最後一個專案,1953年9月29日,X-4完成了它的第81次也是最後一次在NACA的試飛。這兩架飛機都存活了下來,第一架被送到科羅拉多斯普林斯的美國空軍研究院,之後被送到愛德華空軍基地。第二架X-4被送到Wright-Patterson空軍基地的美國空軍國家博物館,這個地方在代頓(俄亥俄州)附近。第二架X-4現在仍在展出。  X-4最重要的貢獻是證明了後掠翼且無水平尾翼的佈局不適用於超音速飛行(儘管F7U“彎刀”式飛機成為了第一個應用這種佈局的超音速飛機)。設計者們得以避免向這個錯誤的方向發展。在由電腦控制的電傳操縱系統出現之後,這個佈局才變得實用起來。在這之後應用了無水平尾翼或無垂尾佈局的飛機有:X-36,“有藍”,F-117和食肉鳥,儘管這些飛機在外觀上與X-4有很大區別。在測試時,機翼設計的趨勢已經開始朝三角翼和類三角翼方向發展,應用這種佈局的飛機有:道格拉斯F4D,康維爾F-102A(由XF-92A改進而成),和“火神”式轟炸機。
諾斯羅普公司生產的X-4是一架小型雙渦輪引擎飛機。這架飛機沒有水平尾翼,控制傾斜和橫滾的是升降舵與副翼的組合(這叫升降舵輔助翼)。一些空氣動力學的研究人員希望通過去掉水平尾翼來解決高亞音速時的穩定性問題,因為這些問題是由機翼與水平尾翼之間的超音速激波引起的。但是這個目標最終沒能實現。