由上至下，分別為波音、卡雷姆、西科斯基，洛馬提交的方案。
2014年3月18日，美國國防預先研究計劃局（DARPA）正式宣布了其“垂直起降試驗飛機”（VTOL X-Plane）項目第一階段的4家競標商，至此VTOL X-Plane項目競標全面展開，同時也意味著沉寂了相當長一段時間的垂直起降飛機卷土重來。
“垂直起降試驗飛機”項目于2013年2月啟動，旨在開發一種新的垂直起降飛行器，使其兼具當前常規直升機垂直起降能力和懸停性能，以及公務機的有效載重水平、飛行速度和升阻比。
VTOL X-Plane項目預期研制周期為52個月，總預算約為1.3億美元。項目共分為3個階段工作。第一階段工作為概念設計和技術準備，預算為4700萬美元。
第二階段工作是詳細設計和系統集成，計劃進行18個月。這一階段將完成平臺的詳細設計及各子系統的關鍵設計評估，并在通過最終設計評估后完成驗證機系統集成和總裝。
第三階段工作是地面及飛行試驗，計劃進行12個月。預計于合同授出42個月后完成驗證機首飛（2017年2月前后）。隨后將進行為期1年的飛行試驗，對驗證機重量、載荷、飛行速度、懸停效率、巡航效率、飛行包線等參數進行試驗。
第一階段工作于2013年年底開始，先后授出了4份概念設計合同，進行構型權衡和方案初始設計。獲得合同的4個競標商分別是：西科斯基公司/洛馬公司小組、極光飛行科學公司、波音公司和卡雷姆公司。第一階段工作結束后，DARPA將對設計方案進行評估，并從多個方案中選擇一個開展第二、三階段工作。計劃在2017年春天實現驗證機首飛，2018年2月完成項目全部研究內容。
技術指標
DARPA在VTOL X-Plane項目中對驗證機性能提出了極高的要求，最主要的性能指標包括以下幾個方面：
驗證機最大起飛重量在4500～5400千克之間，技術可擴展應用在最大起飛重量1800～10800千克之間不同級別的平臺上；
機動性能要求能夠承受-0.5g～2.0g過載；
持續飛行速度能夠達到556～741千米/時；
懸停效率不低于75%；
巡航狀態升阻比不低于10；
有效載重不低于總重的40%，商載不低于12.5%。
從其提出的性能指標來看，飛行速度、懸停效率和巡航升阻比是挑戰性較大的指標，而在這些指標同時滿足的條件下能夠達到其提出的重量指標則進一步加大了難度，對設計、材料、制造等方面都有極高的要求。
飛行速度方面，項目要求達到556～741千米/時的持續飛行速度。這一速度已達到固定翼飛機的水平，與渦槳飛機和部分噴氣飛機相當（如C-17和C-130）。美軍正在進行的高速旋翼機型號研制項目“聯合多任務旋翼機”（JMR）項目對飛行速度提出的指標僅為315～556千米/時；美軍已服役的V-22“魚鷹”傾轉旋翼機的最大前飛速度也僅為582千米/時。這意味著從飛行速度指標看，該機已明顯高于當前在役和在研的高速旋翼機技術水平。
懸停效率方面，“垂直起降試驗飛機”項目要求懸停效率不低于75%，也遠高于當前旋翼機水平。當前的直升機懸停效率通常只有60%左右。這意味著旋翼系統的氣動性能需要大幅提升，不僅需要采用氣動性能更好的翼型，同時還需要有更為優化的槳尖形狀；并且，由于高速特性和懸停性能兩方面的要求，槳葉設計還需要同時兼顧高速和低速兩種不同狀態的氣動性能，進一步增加了設計難度。
巡航性能方面，“垂直起降試驗飛機”要求全機巡航狀態升阻比達到10以上，相當于20世紀50年代前后的固定翼通用飛機的水平而目前常規直升機由于構型的固有限制，全機升阻比僅為4～6左右。這意味著該機很難僅靠旋翼系統提供升力，其機身也需要在巡航狀態下提供較大比例的升力，因此具有固定翼特征的構型方案將成為一個努力的方向；此外，高速巡航狀態氣動減阻問題也是當前高速旋翼機的技術難點之一，西科斯基X2和空客直升機公司（原歐直公司）的X3都遇到了這一問題。
構型方案
目前投標的4個制造商除極光公司外，都公布了其競標方案概念。其提出的方案盡管十分新穎，但或多或少的都借鑒了之前的一些技術驗證機構型方案。
西科斯基/洛馬小組提交了一個名為“旋翼下洗機翼”（Rotor Blown Wing）的無人機概念。其由左右兩套旋翼系統提供升力從垂直狀態起飛，在飛行過程中逐漸提高平飛速度，并將機身轉為水平狀態，由機翼提供升力，而旋翼則充當螺旋槳，提供前飛所需拉力。
盡管這一概念看似十分新穎，但與波音公司20世紀90年代研制的“直升翼”（Heliwing）無人旋翼機驚人地神似，區別僅是其將“垂尾”從一個改為兩個，布置在兩個旋翼的正下方。“直升翼”在1995年完成首飛，其設計飛行速度為180節（334千米/時），飛行高度能夠達到20000英尺（6096米），但其原型機在一次試飛的減速/下降過程中由于發動機失效而墜毀。但“直升翼”的成功首飛很顯然為西科斯基公司選擇這一構型的樹立了信心。
與其他方案相比，該方案在結構上相對簡單，相對容易滿足DARPA對有效載荷的要求，其技術難點主要集中設計方面，尤其是旋翼系統及其控制機構和控制率。然而由于槳盤面積相對較小，懸停效率方面可能會有些問題，而機身從垂直狀態與水平狀態過渡過程，即起飛/著陸過程的操縱性和穩定性也是一個設計難點。
波音公司提交的方案是一個名為“幽靈雨燕”（Phantom Swift）的無人機，由波音公司鬼怪工廠（Phantom Works）設計。鬼怪工廠在30天內就完成了一個縮比的原理樣機設計和制造工作，并進行了簡單的飛行，其中設計工作僅用了3天時間，可見其方案的結構復雜度也不是很高。“幽靈雨燕”采用了機體上2個大尺寸涵道風扇、翼尖2個可傾轉的涵道風扇的布局。其中機體的風扇主要用于垂直起降和懸停，翼尖的2個涵道風扇則用于提供操縱力。該構型從結構上十分簡單，不管是傾轉涵道風扇還是機體上的升力風扇對于波音公司來說都不是技術難點，該機的主要技術難點在于其旋翼尺寸較小，盡管有4個旋翼系統，但槳盤面積較小、誘導速度過高，恐怕仍會存在懸停效率較低的問題；此外從目前的構型形式來看，其貨倉位置很難選擇，容積和尺寸的限制也很嚴重，若不對方案進行調整的話，該構型的實用性不高。
與西科斯基公司方案類似，“幽靈雨燕”也依稀能夠看到一些過去的技術驗證機和型號的影子：其機身的雙涵道風扇與以色列研制的一個名為“騾子”的無人旋翼機頗為神似，與F-35B也有些類似；而其傾轉涵道風扇則在一些傾轉旋翼機方案中出現過，如美國陸軍于20世紀50年代研制的一個垂直起降飛機VZ-4DA就采用了雙涵道風扇傾轉的設計方案，而美國動力飛行系統公司（American Dynamics Flight Systems）也曾提出過一個名為AD-150的傾轉涵道風扇設計方案，用于競標美國海軍陸戰隊的“三級垂直起降無人機系統”項目（Tier III VUAS）。
與西科斯基/洛馬小組和波音公司的方案相比，卡雷姆公司的方案則選擇了一個相對中規中矩的傾轉旋翼構型。方案的機翼翼展很大，并且呈折線形，外側機翼隨旋翼一起傾轉。
從技術層面來看，傾轉旋翼方案應該能夠滿足DARPA提出的巡航升阻比要求，但懸停效率方面會相對有所挑戰。因此其采用大翼展、大展弦比機翼，并且機翼外段隨旋翼傾轉，以盡量降低垂直起飛狀態時機翼對旋翼下洗流的影響。此外，卡雷姆公司拿手的“優化轉速旋翼”技術也將在這一方案上得到應用，該技術最早在A160“蜂鳥”無人直升機上應用，而A160的總設計師正是卡雷姆公司創始人亞伯拉罕·卡雷姆。該技術應能夠較好地解決垂直起降/水平前飛兩個狀態下旋翼轉速不同的問題，從而同時具備良好的懸停效率和巡航升阻比。
極光公司盡管沒有公布其構型方案，但透露了一些構型信息。其方案將采用公司之前的兩個無人旋翼機 “圣劍”（Excalibur）和“黃金眼”（Goldeneye）的技術成果。“黃金眼”是一個單涵道風扇式的微型無人旋翼機，極光公司僅有可能使用其涵道風扇技術。而“圣劍”的總體構型最有可能用于X-Plane方案中。該無人機采用了涵道風扇和矢量推力技術，在機翼兩端和機身前部各裝有一個涵道風扇以提供垂直起降所需的升力，機身中部還裝有一個可旋轉的噴氣發動機，在垂直起降時提供升力。高速前飛時，機翼兩端的風扇會收進機翼內部，機頭的風扇也將被一個探出的隔板遮蓋以減小氣動阻力，而發動機向斜下方傾轉，提供所需的推力，由于其發動機無法轉到水平位置，因此將機翼布置在機身后部以平衡發動機推力的垂直方向分量。“圣劍”采用全電驅動，從而省去了重量高、結構復雜的傳動系統。技術上來看，該方案采用了電力驅動，因此省去了動力傳輸機構，降低了結構復雜度，并且“圣劍”無人機于2009年已成功首飛，技術成熟度較高；但由于槳盤面積小、槳盤載荷較大，其懸停效率將是一個難點，并且由于發動機不能左右傾轉，因此其懸停狀態的偏航控制難以實現；并且由于其在機身絕大多數位置都布置了風扇、發動機及傾轉機構等，任務載荷和載貨空間的布置將受到很大限制，很有可能不得不采用外掛的方式實現。
項目意義
在直升機旋翼機領域，DARPA也曾開展過數個研究項目，而這次由DARPA主導新一代高速旋翼機技術的預研，一定程度上意味著美國軍方將高速旋翼機的定位從戰術裝備開始向戰略性武器裝備轉變，認為其將成為未來影響美軍整體作戰方式、提升作戰能力的關鍵性技術。
高速旋翼機將成為改變美軍作戰戰術方式、保持美國軍事優勢的重要裝備。旋翼機一直是美軍裝備體系中重要的組成部分，其在美軍歷次的作戰和其他行動中都發揮了重要且不可替代的作用，是美軍保持其軍事優勢的關鍵裝備之一。美國國防科學委員會（DSB）在2013年8月向國防部提交了一份名為《2030年保持優勢的技術與創新》的報告，就具有重大潛在影響但目前發展仍不充分的技術，向國防部提出了具體的投資建議。報告認為，目前美軍研制的很多結構復雜、費用高昂的武器裝備都被對手采用相對廉價的技術所針對，而高速旋翼機技術由于具備較高的性價比，并能夠顯著提升美軍的機動能力、靈活性和保障能力，并一定程度上改變美軍作戰方式；同時，高速旋翼機由于較低的單機價格，能夠形成較大的裝備規模，使得其在技術上很難被針對，因而將迫使對手在更大范圍內布防，從而對其造成經濟上的壓力。因此DSB建議國防部為作為目前唯一的高速旋翼機技術預研項目“垂直起降試驗飛機”增加投資，對更多的構型方案進行驗證，從而為高速旋翼機性能提升提供更充分的技術準備，從而達到通過技術壓制和成本施壓兩個方面保持美國未來的軍事優勢。
美國高速旋翼機研發體系初步形成，呈現出“生產一代、研制一代、探索一代”的特點。首個采用高速旋翼機技術的軍機型號V-22已于2008年開始正式部署并持續生產，現有生產合同就可以持續到2018年；計劃替換“黑鷹”、“阿帕奇”等現役直升機型號的高速旋翼機型號研制項目“聯合多任務旋翼機”JMR已進入到原型機研制階段，預計2017年完成首飛，2020年開始生產型研制。在此基礎上，DARPA認為以傾轉旋翼構型和復合推力構型為代表的現階段的高速旋翼機技術已基本成熟，應開始為下一代性能更強的高速垂直起降飛行器的研發進行概念探索和技術儲備，以應對2030年之后的軍事需求，并繼續保持其在高速旋翼機領域的超強技術優勢，因此啟動了VTOL X-Plane項目，以保證未來美國在旋翼機技術領域能夠繼續處于領先地位。