XLR11-RM-9
XF-91最初使用机头进气布局，后来才改装成类似F-86D的颌下进气道，以便在机头布置雷达，这也是战后截击机必不可少的配置。使用机头进气时，XF-91在进气道周围布置了4门20毫米M-3机炮，每门备弹200发。共和还曾经为量产型F-91设计过多种武器配置方案，包括“巨鼠”（Mighty Mouse）火箭弹、休伊F-98“隼”空-空导弹（当时美国空军给了它一个战斗机编号，后来才改成AIM-4）等。由于“雷电截击者”最终并没有投产，这些方案也就全都无疾而终。
左边就是改成雷达机鼻的1号原型机
三
1951年11月，在首飞2年多后，首架原型机终于装上了XLR11火箭发动机，而5,425磅推力的J47-GE-17此时也已经到位，“雷电截击者”终于真正成为一架涡喷/火箭混合动力飞机。12月9日，共和试飞员罗塞尔•罗斯（Rossell M. Roth）驾驶首架原型机升空，并迅速爬升至35,000英尺高度。改平后，罗斯首先打开J47的加力燃烧室，将推力开到最大，然后启动了火箭发动机的4个燃烧室。XF-91很快突破音速，达到1.07马赫，成为首架在平飞时达到超音速的美国作战飞机。在此后的试飞中，XF-91的最大速度甚至达到过1.71马赫，这在1950年代已经是非常了不起的成绩。如果寇蒂斯-莱特公司能把推力更大的XLR27研制出来，XF-91突破两倍音速或许并非没有可能。
新的火箭发动机
但与战后很多采用涡喷/火箭混合动力的飞机相似，XF-91的续航时间少得可怜。由于火箭发动机及其燃料占用了大量机身空间，XF-91在携带两个翼下副油箱的情况下，燃料仍然只够J47涡喷发动机在不开加力燃烧室的情况下工作25分钟，这意味着它只能承担非常有限的要地防空任务。考虑到美国疆域之辽阔，这样一架截击机的实用价值是很值得怀疑的。后来，随着喷气发动机技术的快速发展，混合动力很快就失去了其存在的意义，“雷电截击者”最终没有投入批量生产。
XF-91的两架原型机在5年时间里完成了192次试飞。1955年5月9日，第一架原型机在首飞整整6年后，被运到位于俄亥俄州代顿的美国空军博物馆，成为永久性展品。第二架原型机则没有那么幸运，在爱德华兹空军基地作为训练模拟器一段时间后，最终被拆解。
