1990'lı yılların başlarında, iki adet X-31 kullanılarak, tutunma kaybı sonrası uçuş ile ilgili bilgi edinebilmek amacıyla, "Enhanced Fighter Maneuverability" programı kasamında bir dizi uçuş testi gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda itki yönlendirme teknolojileri test edilmiştir. İtki yönlendirme sayesinde, X-31, uçağın burnunun gösterdiği yönden başka yönlerde hareket edebilmiştir. Bu ise, normal uçaklara kıyasla, üstün manevra kabiliyeti anlamına gelmektedir.

Bu testler sonucunda, gelişmiş uçuş kontrol sistemi ile birlikte, itki yönlendirme sayesinde, normal uçakların uçamayacağı, çok yüksek hücum açılarında kontrollü uçuşun mümkün olduğu ortaya konulmuştur.

Testler göstermiştir ki; X-31 düşey kuyruğu ve bu kuyrukta yer alan kuyruk dümeni olmadan da gerekli ve yeterli kararlılığa sahiptir Bu kararlılığı sağlayan etken ise, tabiatıyla, itki yönlendirmedir. İtki yönlendirme sistemi yunuslama ve sapma eksenlerinde gerekli kontrol ve kararlılığı sağlamıştır.

İlk uçuşunu 11 Ekim 1990'da gerçekleştiren X-31, 1990-1995 yılları arasında 580 uçuş gerçekleştirmiştir.

Rockwell firması tarafından yürütülen başlangıç fazı testlerinde, uçak 108 uçuş gerçekleştirmiştir. Test işlemleri, Şubat 1992'de NASA tesislerine aktarılıncaya kadar geçen sürede, uçağın tutunma kaybı sonrası uçuş zarfı 40 derece hücum açısına kadar artırılmıştır.

Yapılan testlerde, NASA, Amerikan Hava ve Deniz Kuvvetleri, Rockwell ve Alman Daimler-Benz'den pilot ve mühendislerden oluşan uluslararası bir ekip, X-31'i benzer ancak itki yönlendirme sistemi bulunmayan uçaklara karşı test etmişlerdir. Bu testlerde X-31 diğer uçaklara karşı üstünlük sağlamış ve 30:1 gibi yüksek bir öldürme oranına ulaşmıştır.

6 Kasım 1992 tarihinde, ikinci X-31 70 derece hücum açısında kontrollü uçuş gerçekleştirmiş, bu hücum açısında uçarken, kontrollü yalpa (roll) dönüşü gerçekleştirmiştir. 29 Nisan 1993 tarihinde ise, normal bir uçağın aerodinamik limitlerinin çok ötesinde olan, minimum yarıçaplı, 180 derecelik, tutunma kaybı ötesi manevra gerçekleştirilmiştir. Bu manevra "Herbst Manevrası" olarak bilinmektedir.

Üretilen ilk uçak, 19 Ocak 1995'te kaza sonucu kaybedilmiştir. Araştırmalar sonucunda uçağın burnunda yer alan ve ısıtma sistemi bulunmayan hava ölçüm probunun buzlandığı tespit edilmiştir. Oluşan buzlanma probun iç çapını daraltmış, bu ise uçuş kontrol bilgisayarına yanlış bilgi gitmesine ve dolayısı ile uçağın kontrolden çıkmasına neden olmuştur.

X-31, program boyunca, 21'i hava gösteri, 559'u araştırma amaçlı olmak üzere, toplam 580 uçuş gerçekleştirmiştir. Haziran 1995'te program tamamlanmış ve bir süre sonra uçak, sergilenmek üzere, aynı zamanda program ortağı da olan Almanya'ya teslim edilmiştir.

• Uzunluk:13.21m
• Kanat Açıklığı:7.26m
• Yükseklik:4.44m
• Kanat Alanı:21.02m²
• Kanat Açıklık Oranı:2.51
• Boş Ağırlık:5,175kg
• Maks. Kalkış Ağırlığı:7,303kg
• Yakıt Ağırlığı:1,860kg
• Motor:71kN(x1 GE F404-GE-400 turbofan)
• Maks. Hız: 1.28M
• Tavan Uçuş Yüksekliği:12,200m

Hücum açısı uçak kanatlarının, serbest hava akımı ile yaptığı açı olarak tanımlanmaktadır. X-31'in, tutunma kaybına uğramadan uçabileceği maksimum hücum açısı 30 derecedir. Uçak, bu açıdan daha yüksek hücum açılarında, normal koşullarda, tutunma kaybına uğramaktadır. Ancak, gelişmiş uçuş kontrol sistemi tarafından idare edilen itki yönlendirme özelliği sayesinde, maksimum hücum açısından daha büyük açılarda kontrollü uçuş mümkün olabilmiştir.

Motor lülesine yerleştirilmiş üç adet kanatçık, yunuslama ve sapma kontrolü amacı ile motordan çıkan jet akımını yönlendirmek için kullanılmıştır. Karbon-karbon kompozit malzemeden üretilen yönlendirme kanatçıkları, 1500 °C sıcaklığa dayanabilmektedir.

Uçağın ön kısmında yer alan hareketli ön kanatçıklar ve kanat arkasında bulunan sabit arka kanatçıklar, itki yönlendirmeye ek olarak, özellikle dar dönüşlerde, yunuslama kontrolüne yardımcı olmuşlardır.

Yüksek hücum açılarında hassas veri toplamanın zorluğu nedeni ile, uçağın burnuna, hava akımını ölçmek üzere, özel bir prob yerleştirilmiştir. Bu prob daha hassas ve doğru ölçüm yapabilmesi için, standart probların aksine, 10 derece eğik duracak şekilde yerleştirilmiştir.

Bu program sonucunda, yüksek hücum açısında uçuş ile ilgili önemli teknik bilgiler edinilmiştir. Elde edilen bu bilgiler, yüksek hücum açısı aerodinamiği, yüksek hücum açılarında uçuş kontrol sisteminin ve itki yönlendirmenin etkisi ve etkinliği gibi konuların daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır.