莱特兄弟在1902年的9月和10月，共进行了1000多次滑翔试验。有好几次滑翔的距离都超过了183米，有许多次滑翔机都是在每小时36英里的风速中飞行的。到那时为止，过去还从没有一个人敢于在那么强劲的风中进行飞行试验。莱特兄弟取得这样的成绩更证明了他们的操纵系统是卓有成效的。他们的有些飞行试验能够连续飞行一分多钟，并能在一个地点上空来回翱翔而无需着陆。这样杰出的表演给塔特的兄弟丹留下了很深的印象。他一本正经地说：“现在它需要的就是一件羽绒大衣了，那样它将飞得更好，而且能够永远留在天上。”
然而，第3号滑翔机在50次试飞中也会有那么一次表现得十分奇怪。在飞行中，它居然不顾驾驶员尽力扭转机翼而突然转向滑降到沙地上。经过检验，横向平衡操纵系统效能很好，并没有出问题，可在下一次看来几乎是同样的条件下，人们还是无法阻止滑翔机旋冲到沙地上，莱特兄弟把这种情况称为“打井”。
莱特兄弟过去制造的滑翔机从来没有出过这样的问题，原因是这架滑翔机装有尾翼，那些“打井”事故全是由于“尾旋”的缘故，“尾旋”这个名词是在那些年以后才被使用的。虽然事情很清楚，机尾同滑翔机的这种奇怪现象有关，可莱特兄弟一时都无法说出其原因。有一天夜里奥维尔比平时多喝了一点咖啡，上床后，他没有像往常一样进入梦乡，他连着好几个小时都没有睡着。那几杯多喝的咖啡也许对人类未来的实际飞行产生了重要的作用呢。当奥维尔辗转不能入睡时，他找到了出现那种奇怪现象的原因。第二天吃早饭的时候，奥维尔急切地把他的想法告诉了威尔伯和来基蒂霍克看望他们的二哥洛林。
在飞行中当滑翔机横向倾斜时，它便开始向侧面滑飞，就像一个雪橇从山坡上冲下或者一个圆球从倾斜的平面上滚落下来时一样，由于加快速度，滑翔机的滑翔速度也就更快了。如果滑翔机倾斜的角度碰巧比平时更大一些，而驾驶员没能迅速作出反应，将它纠正过来，那么滑翔机向侧面滑飞的速度就会更快，以至于使它的尾翼把风力压向旁边的下翼，而不是如人们期望的那样把风力压向上翼。在这种情况下，尾翼并没有阻止滑翔机绕垂直轴线的偏航运动（这种偏航是由左翼和右翼在扭曲时产生的阻力差所造成的），相反，尾翼加剧了偏航运动，其结果比没有尾翼更糟，它促使整架滑翔机旋冲到沙地上，用机翼“挖”了一口“井”。
奥维尔坚信不移地说，现在很有必要把垂直的尾翼改制成活动的，以便让驾驶员遇到滑翔机横向倾斜时能够把空气的压力转移给上翼（这就是后来被人们采用的莱特操纵系统——副翼和方向舵的独立控制）。
威尔伯连连赞许地点头，认为弟弟的想法很可能是正确的。于是他提出了一个建议。他说：问题就出在尾翼所承受的压力上，无论是机翼遇到的阻力不同还是滑翔机倾斜滑飞所致，总之，不管是什么原因，我们都要消除转移到下翼上的压力，因为下翼正以较大的迎角飞行以便接受升力使机身恢复平衡，并将尾翼这边的升力带给必须减小角度的上翼，我们为什么不把机翼扭曲系统和机尾的控制机械联装起来？这样一来，驾驶员就不必在同时控制三样东西，而只需要注意前升降舵和机翼扭曲装置就行了。莱特兄弟立刻就动手把控制尾翼的铁丝联装到机翼扭曲系统上。他们还把两块垂直尾翼改成一个垂直的方向舵。
经过1902年滑翔机的改装，莱特兄弟请人把他们的滑翔机画下来，用文字加以说明，写成申请专利的说明书，准备提交明年3月份的第23届专利委员会讨论。
掌握了计算的准确数据，以及在有风和无风的天气里都能有效工作的平衡系统，莱特兄弟现在完全相信自己能够成功地制造一架动力飞机了。
2 第一次动力飞行
莱特兄弟心里清楚，虽然1902年第3号滑翔机试飞非常成功，但它毕竟是借助风力进行滑翔的飞行机器，只靠空气的阻力是无法使机身升高飞行的。要想滑翔机不借助风力而且飞得又高又快，就一定要在滑翔机上装设发动机或螺旋桨。所以他们在1902年的试飞结束回到代顿市后，立即就着手实现他们在基蒂霍克已拟好的计划，制造一架动力飞机。滑翔机成功的试飞已经说明他们在实验室得出的数据的准确性，既然他们曾经根据这些数据制造滑翔机，现在他们就能够事先计算出他们即将制造的任何飞行器。他们使用的相当准确的数据是前人所没有掌握的。
他们想要一台至少有马力，除了附属部件其重量为每马力不足10千克的发动机。他们不知道是否能顺利买到他们所需要的发动机。也许某家汽车公司能够通过减轻飞轮的重量和比平常的产品使用更多的铝来生产出一台足够轻的发动机。1902年12月3日，莱特兄弟写了十几封信给各家汽车公司和汽油发动机制造商，询问他们是否可以生产能提供8马力而其重量又不超过91千克的发动机。然而这些公司都回信说他们目前的业务太忙，无法承担这样一种订货。奥维尔觉得自己在那些信中可能透露了寻找这样一台发动机的目的，因此有理由怀疑这些公司可能听到了什么风声，知道他们买发动机是为了制造一架动力飞机，将来升上天空摔下来机毁人亡，害怕那时候会因为发动机的设计问题找他们的麻烦。再者，要是某个公司为所谓的“飞行机器”提供了一台发动机，这个消息一旦传出去，那一定会损害他们的商业信誉，因为世人会觉得他们没有头脑，竟相信人类飞行是可能实现的幻想。
在这重重打击之中，居然有一个公司回信说按照法国的级别，他们有8马力、其重量仅有61千克的发动机，要是莱特兄弟认为这种发动机符合要求，他们可以买一台去。在对这台特殊的发动机进行检验后，莱特兄弟知道这台发动机只有一个缸，10厘米的内径，13厘米的冲程。他们想这台发动机的马力很可能被估计过高了。
最后，莱特兄弟不得不决定自己动手制造一台发动机。他们估计他们能够做一台四缸的发动机。它的内径为4英寸，冲程也是4英寸，包括附属的部件，重量不超过91千克。在制造发动机的过程中，他们的机修工人查利·泰勒给了他们热情的帮助。发动机做成后，不算小型磁石发电机，重量为69千克，连附属部件一起，重量才77千克。它每分钟可达1200转。在发动后的15秒钟内，就能产生16马力，在开动了一两分钟后就不到12马力了。然而他们只期望得到8马力，他们计划的飞机重量达272千克，现在他们还有68千克的余地可以用来加固机翼和其他部位。由于不知道那么大的发动机应该发出多大的马力，因此莱特兄弟对这台发动机已经是十分满意了。很久以后，他们才发现那台发动机应该提供大约两倍的马力。正如他们后来说的，问题是他们“缺乏制造汽油发动机的经验”。
这架动力飞机的翼展为40英尺多一点，上翼与下翼的距离为6英尺。为了减少发动机会砸到驾驶员身上的危险，它被置于下翼中央稍微偏右一点的地方，就像在滑翔机上一样，驾驶员俯伏在下翼中央稍微靠左一点的地方，以便使机翼上的重量平衡。为了防止飞机在着陆时滑倒，雪橇似的滑橇伸出到比滑翔机的机翼更靠前一些的地方。这两条滑橇长达4英尺，中间相隔8英寸。飞机的机尾是两块活动翼，而不是像1902年的滑翔机那样只有一个尾翼。
莱特兄弟把螺旋桨的设计工作放到最后才去做，他们以为那部分工作是非常容易的。他们认为，从风洞试验中得出的气动压力表能够使他们准确地计算出维持飞行所必需的推进力。可是，就他们当时掌握的动力来看，要设计出能够提供强大推动力的螺旋桨却还是一个他们没有考虑到的问题。当时并没有现成的空气螺旋桨可以借鉴，他们满以为制造空气螺旋桨像船舰螺旋桨那样，获得50%的效率是不难做到的。现在他们只要从论述船舶发动机的书本上学习螺旋桨的原理，再用空气压力代替水的压力就成了。还有什么比这更简单更容易的办法呢？因此，莱特兄弟从代顿市公共图书馆借了好多有关这方面知识的书。可是当他们阅读了这些书后，就惊奇地发现人们对于螺旋桨的知识比他们所想象的要少得多。
莱特兄弟发现书上有关螺旋桨的制作方案都是直接出自试验和观察，而不是出自来源于实践的理论。当人们看到某一种螺旋桨不能快速地推动船舶前进，他们就换上一个大点儿的或者不同螺距的试一试，直到他们满意了为止。人们不能根据设计好的图纸去订做螺旋桨，也不能准确地预见某条船的螺旋桨的性能。尽管人们使用螺旋桨已达一个世纪之久了，但是有关螺旋桨性能的可靠知识还是缺乏的。
为了得出有关螺旋桨性能的理论，威尔伯和奥维尔进行了许多争论。必须指出，莱特兄弟这种对技术问题进行争论的习惯是他们能在较短的时间里解决重大难题的原因之一。他们相互之间从来不会不动脑子就说“是的”。当他们争论螺旋桨的问题时常会出现这样的情况。奥维尔后来回忆说：“经过一小时的争论，我们发现我们还是像开始时一样远远不能达到一致，但是双方却调换了原来的立场。”
好几个月过去了，错综复杂的问题开始被一一解决了。莱特兄弟终于在认识螺旋桨的性能问题上超过了他们的前人。他们认为他们能够设计出所需要的准确的直径、桨距、面积的螺旋桨的日子终于来到了。
计算表明转速达到305转的螺旋桨可以产生45公斤的推力。后来，进行实物测验，他们的螺旋桨转数达到了302转，同计算数字相比，误差小于1%。他们的螺旋桨将发动机输出功率的66%变成向前推进的动力。这个成绩比海勒姆·马克辛或兰利教授在他们的飞行尝试中取得的成绩还大三分之一。值得指出的是兰利教授受到政府的巨额补助，还有得力的助手协助他研究，而莱特兄弟则完全凭借自身的力量去制造动力飞机的，如果没有强烈的事业心、坚强的毅力，又怎能取得如此的成就？
莱特兄弟决定在新造的飞机上使用两个螺旋桨，原因有两个：一是可以获得较大的空气的反作用力；二是还可以使用较大的叶距角度。通过使用两个相反旋转的螺旋桨，一个螺旋桨产生的陀螺效应就可以抵消另一个陀螺的效应。这两个螺旋桨被装在飞机上相隔大约10英尺远的管状轴上，它们都是由链轮上的链条带动的，那模样同自行车的情况多少有些相似。
印第安纳州波利斯城的钻石项链公司的总经理温赖特，对莱特兄弟制造的传动机构很感兴趣，并向他们提出了宝贵的建议。
莱特兄弟发现链条必须通过导轨运行，以免碰撞和过紧。他们采用了管道导轨。他们把一根链条按“8”字的形状交叉安装，这样一来两个螺旋桨就可以向不同的方向旋转了。
一直到9月23日，莱特兄弟才做好了一切准备并启程去基蒂霍克。他们跟一个船主建立了良好的关系。在一个星期五，也就是两天后，他们就到了自己的营地。在路途上，他们兴致勃勃地讨论了想要达到的目的。他们谁都相信这次一定能实现他们自己的梦想。当时他们不仅信心十足，而且身体健壮、精力旺盛。奥维尔这一年是32岁，威尔伯是36岁。奥维尔身高1. 89米，威尔伯则为1. 94米。奥维尔体重66千克，而哥哥体重64千克。他俩都是蓝灰色的眼睛，当时在家里人们认为威尔伯的相貌更多地保留着莱特家族的特点，而奥维尔比较像他的母亲，尽管如此，人们还是一眼就可以认出他们是亲兄弟。他们的身体完全符合飞行员的条件。
可是在他们的前面还有无尽的烦恼和困难。当莱特兄弟到达基尔德维尔山下的营地时，他们发现一场暴风雨已经把他们的机库彻底毁坏了。他们在修理机库的同时又建起了一座新机库。有了这两座机库，他们就有了足够的地方存放1902年的滑翔机和动力飞机了，同时他们还有了一个较好的车间。
就在新的机库接近完工时，一场在基蒂霍克地区多年没有的毁灭性的风暴在没有预报的情况下突然降临了。大风起先是以每小时64千米的速度呼啸而来，到夜间风暴更加急骤了，第二天风速超过了每小时121千米。奥维尔冒险爬到房顶上去修理被风刮坏的部分，可是当他刚爬上屋脊，大风就把他的大衣吹得紧缠住他的胳膊，使他处于非常危险的境地中。威尔伯见到此情景，即刻爬上屋顶，把缠住弟弟的大衣解开。当时的风是那么大，以至他们几乎无法举起锤子把钉子钉好。
他们安装新飞机需要三个星期的时间。在此期间，他们还多次把1902年的滑翔机拿出来进行飞行试验（这架滑翔机在他们走后被留在机库里，情况仍然良好）。在经过几次试飞之后，兄弟俩都能用它在空中滑翔一分钟，从而创造了新的世界纪录。
他们希望动力飞机能在11月初做好一切准备，以便进行第一次试飞。可是在飞机安装好以后第一次开动引擎时，一个螺旋桨的轴在逆火时被扭弯了。这样一来，他们不得不把两个轴取下来送回代顿市的自行车铺去重新打造。正好在他们营地观看新飞机的斯普拉特博士从10月23日住到11月5日，天气还是没有转好，他只好启程回家。于是莱特兄弟拜托他将损坏的轴带到诺福克市，然后从那儿托人用船将轴带回代顿市去修理。
11月6日夏努特又一次来到了营地，可迎接他的也是恶劣的气候。风越来越大，结果他呆了不到一个星期也走了。在走之前，夏努特无意中说的一句话使莱特兄弟很着急。他说，通常使用链条传动，动力至少有20%会被浪费掉，而莱特兄弟原来只打算损失5%的动力。他们一时感到十分紧张。
夏努特是一位著名的、有才能的工程师，他提出的意见不能不考虑。于是莱特兄弟决定还是慎重一点，测试一下谁的数据更准确一些为好。他们把一条传动链条悬吊在一个链轮齿上，在链条的每一头各挂上一个沙袋，通过称出能够升起另一头沙袋的重量，他们就能计算出在传动过程中损失的动力。试验结果跟他们原来估算的相差无几，这种损耗还不到5%。
