El 11 de Agosto de 1955 el jefe de pilotos de prueba de Bell, Floyd Carlson, se acomodaba en una pequeña cabina de un convertiplano y realizaba el primer vuelo estacionario, sin ayudas del XV-3. Las dificultades solo comenzaban, y solo una semana después, el 18 de agosto realiza un aterrizaje duro, por inestabilidad dinámica del rotor. El Bell 200, según nomenclatura de la compañía, fue diseñado por los ingenieros Bob Lichten y Kenneth Wernicke.

Las pruebas comenzaron de nuevo el 29 de marzo de 1956, teniendo que suspenderse por el mismo problema. Las pruebas reanudaron en septiembre, pero el 25 de octubre el piloto de pruebas Dick Stansbury resultó seriamente herido al estrellarse el primer XV-3 al desmayarse debido a las tremendas vibraciones de la cabina. El XV-3 resultó tan dañado que se decidió no repararlo.

El segundo XV-3 fue extensamente modificado con rotores de dos palas en vez de tres, y sus pruebas comenzaron el 18 de julio de 1957 en el túnel de viento de la NACA en el Laboratorio de Ames. El primer vuelo se produjo el 21 de enero de 1958, y se fue abriendo el dominio de vuelo hasta que de nuevo las vibraciones aparecieron. Nuevas reparaciones, refuerzo de lo pilones de los rotores, y reducción del diámetro de los mismos.

Los vuelos vuelven a efectuarse a partir de diciembre del 58, cuando se realizan las primeras transiciones completas de vuelo vertical a horizontal. El XV-3 fue volado por pilotos de la fuerza aérea, la NASA y el ejército, y los ingenieros de Bell siguieron perfeccionando los rotores para conseguir una máquina más fiable, eliminando la inestabilidad aeroelástica de los rotores, origen de la mayor parte de los problemas del XV-3.

El convertiplano fue probado en el túnel de viento 40 x 80 del Centro de Investigación de Ames, y en la última prueba se produjo un fallo en ambos rotores, produciendo daños importantes al aparato y en las instalaciones. El programa fue terminado el 14 de junio de 1966, después de 250 vuelo, 125 horas en el aire y 110 conversiones completas. Los datos conseguidos con el XV-3 sirvieron de base para el diseño del Bell XV-15 y posteriormente del V-22 Osprey, actualmente en servicio.

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