Den begrænsende faktor for subsoniske fly, inklusive U-2, er godt forklaret her.

For supersoniske fly siger dette svar simpelthen grænse er "en kombination af vingebelastning og maksimal hastighed". Hvis du ser på flykonvolutten til SR-71 nedenfor, bliver det klart, at mere højde kan købes bedst med mere hastighed.

SR-71 flykonvolut (billede kilde). Tower summende ved Mach 3 er helt klart umuligt.

Supersoniske hastighedsgrænser

1. Indtagsdesign: Hvis flowets kinetiske energi ikke effektivt kan konverteres til tryk i indtagelse, kraften vil lide og vil falde, når Mach-antallet for flyvning øges ud over grænserne for indtagelsen.
2. Effektivitet med flyramme: Hvis flyvefladernes forkant ikke er høj nok til at holde de forreste kanter inden for Mach-keglen, vil træk stige og begrænse designets tophastighed. Ønsket om at nå Mach 2+ hastigheder var drivkraften for de mange svingfløjdesigner i 1960'erne.
3. Komprimeret gastemperatur: En gang kompressionsopvarmning i indtagelsen bringer gastemperaturen tæt på dens dissociationstemperatur, kan den kemiske energi i brændstoffet ikke omdannes fuldt ud til varme. Dette reducerer motoreffektiviteten og er årsagen til supersonisk forbrænding i konstruktioner til hastigheder over Mach 4 eller 5.
4. Aerodynamisk opvarmning: Metaller og kompositter viser faldende styrke med øget temperatur. Flyv hurtigt nok i nogen tid, og strukturen tåler ikke flybelastningerne, selvom dynamisk tryk holdes konstant.

Den rækkefølge, som jeg anførte disse grænser, rangerer dem med stigende hastighed. Når du har bevæget dig ud over Mach 1.6, skal hver på hinanden følgende tiendedel af det øverste Mach-nummer købes med stigende udgifter og kompromiser. At gå ud over Mach 5 med den nuværende teknologi er kun mulig med raketter, så disse designs bliver hurtigt satellitter med lav kredsløb. I sidste ende er det simpelthen ikke det værd at skubbe grænsen endnu længere.

EDIT: Det ser ud til, at svaret ikke er eksplicit nok. Hvis vi prøver et tankeeksperiment og ændrer SR-71 for at nå højere højder, er de mulige muligheder:

1. Bare træk i pinden: Dette hjælper på kort sigt, men flyver stille ved lavere tæthed ville kræve en højere løftekoefficient og en højere angrebsvinkel. Dette ville sænke flyets samlede L / D og sænke det, fordi motorerne ikke kunne udvikle tilstrækkelig kraft.
2. Forøg motorkraften: Dette kunne forsøges under flyvning ved at trække gashåndtaget frem i topfart, og flyet ville accelerere. Dette ville dog overstige grænsen for kompressorens indgangstemperatur, dog med kortere levetid eller endog beskadigelse af motorens varme sektion. Dernæst vil rækkevidden lide under det højere brændstofforbrug. Hvis motoren forbedres ved at bruge bedre materialer, er en moderat stigning i krydstogt Mach og følgelig flyvehøjde mulig.
3. Nedre vingebelastning: Et lettere fly kan sejle i lavere tæthed, hvor alle andre parametre er ens. I slutningen af ​​en rejse kunne SR-71 nå den højeste højde, ligesom ethvert andet fly. Strukturelle ændringer for at lette strukturen ud over fjernelse af alt rekognosceringsudstyr ville dog kun have et begrænset potentiale: SR-71 var allerede designet effektivt, så der er meget lidt potentiale for vægtbesparelser uden at gå på kompromis med strukturel styrke . Og fjernelse af kameraer og radarer, der ser ud til siden, vil fjerne planet for dets operationelle værdi.

Over 100.000 fod er der næsten ingen luft overhovedet, så der er intet ilt, som luftmotorer kan brænde og ingen luft til at producere løft eller til kontrolflader at reagere imod.

I 1960'erne havde USAF to forskningsfly, der kunne overstige 100.000 fod. Kunne have haft mere, men det er de to, som jeg husker:

NF-104 kunne gå lidt over 100.000 fod ved hjælp af en raketmotor over 70.000 fod til fremdrift og lille reaktionsraketter for at give holdningskontrol. Den blev bygget som en billig X-15 træner, da dens høje fly simulerede X-15's driftsegenskaber.

X-15 kunne gå betydeligt over 100.000 fod ved at bruge en raketmotor til enhver tid (efter at være blevet lanceret fra en B52) og små reaktionsraketter for at give holdningskontrol.

Punktet er - da de fly oversteg 100.000 fod, flyvede de ikke. De fulgte en ballistisk bue, der blev drevet af en raket og holdt sig helt op af inerti, ikke løftet.

Så - hvorfor flyver U2 og SR71 ikke højere? En af årsagerne er - de ville have brug for raketmotorer med oxydisator om bord til fremdrift, hvilket er temmelig kort rækkevidde og meget temperamentsfuldt.

Kravet om raketfremdrivning ville tilsidesætte begge flys primære fordel: evnen til at forblive i høj højde i lange perioder.

I tilfælde af U-2 og SR-71 giver de højder, de opererer i, trusselsbeskyttelse og endnu vigtigere, områdedækning for ISR-sensorer (efterretning, overvågning og rekognoscering). At gå op til 100.000 fod giver ikke nogen væsentlig efterretningsfordel og giver heller ikke større trusselsbeskyttelse.

Servicelofter kan overvindes ved at levere forskellige kraftværker. ECS (miljøkontrol) kan redesignes (hvis nødvendigt) til at håndtere højere højder.

Rediger nr. 2: I det specifikke tilfælde af SR-71 begrænsede trykfunktionerne og vingens overfladeareal det maksimale vedvarende flyvningen. Praktisk talt var det lige under ca. 85.000 fod. Men i visse situationer blev højder over dette fløjet.

Rediger nr. 1: Over ca. 100.000 fod falder den atmosfæriske tæthed, hvilket giver en praktisk begrænsning for drift af luftbånd og luftånding.

Som jeg forstår det, fra at arbejde det meste af min karriere med SR-71, U-2 og satellitaktiver, er det virkelige problem, at der ikke er fastslået behovet for fly til at gå højere og derfor er der ingen forretningsmæssig sag at udvikle fly til at gøre det.