Warum ist die Flughöhe von Passagierflugzeugen begrenzt?

Einerseits nimmt mit der Höhe die Dichte der das Flugzeug umgebenden Luft ab, so daß eine höhere Geschwindigkeit erforderlich ist, um den nötigen Auftrieb zu erzeugen. Andererseits nimmt aber mit der Höhe auch die Schallgeschwindigkeit ab, die durch ein "normales" Verkehrsflugzeug nicht überschritten werden sollte. Die Schallgeschwindigkeit beträgt in einer Höhe von 11000 Metern nur noch 280 bis 300 Meter in der Sekunde. Außerdem ist die Druckkabine für eine Höhe von 12 000 Metern ausgelegt.

Ein Flugzeug braucht für seine Funktion Sauerstoff. Dieser ist durch den sinkenden Luftdruck in der höhe weniger vorhanden. Weshalb Flugzeuge sehr wahrscheinlich mit zunehmender Flughöhe ineffizienter werden. Man Fliegt etwa so hoch, dass man über fast allem Wettergeschehnissen ist. Und somit Turbulenzen vermieden werden können. (Hohe Gewitterwolken kommen trotzdem manchmal in solche Höhe wesshalb diese falls möglich umflogen werden.

So ist jedenfalls meine Vermutung

weniger Luftwiderstand hilft zwar beim Kerosinsparen, aber zu dünne Luft ist wiederum schlecht für den Auftrieb und du brauchst Luft in der Turbine, um was zu verbrennen und Schub zu erzeugen.

was aber richtig ist: ein Privatjet segelt noch oberhalb des Airbus herum und die wirtschaftlichen Flughöhen der 2 Klassen sind kilometerweit auseinander.

Aerodynamik. Dünnere Luft, weniger Auftrieb, dadurch höhere Triebwerksleistung nötig.

Aber auch der Luftdurchsatz ist drucktechnisch ein Problem. Die Verdichter können halt nicht unbegrenzt den geringeren Luftdruck ausgleichen und die Luft so verdichten, wie sie für eine kontinuierliche Verbrennung nötig ist.

Der Auftrieb berechnet sich zu:
Fa = cA * ρ/2 * v^2 * A

Dabei sind:
cA: Auftriebsbeiwert, welcher durch die Profilform konstruktiv vorgegeben ist
ρ: Dichte der Luft
v: Fluggeschwindigkeit. Die kann aber nicht beliebeig gesteigert werden, weil man sonst in den Bereich des Überschallfluges köme, was sich wirtschaftlich nicht lohnt (siehe Concorde).
A: Stirnfläche der Tragflächen. Auch diese ist konstruktiv vorgegeben und kann nicht beliebig gesteigert werden.

Bleibt bei der Betrachtung aber noch die Dichte ρ übrig. Hier liegt das Problem der beschränkten Höhe. Die Dichte der Luft nimmt mit zunehmender Höhe dramatisch ab. Bei etwa 10.000 m beträgt sie nur noch rund 40% der Dichte am Boden. Damit beträgt der Auftrieb auch nur noch rund 40% gegenüber dem am Boden. Würde das Flugzeug noch höher steigen, nimmt die Dichte noch weiter ab und dann wird der Auftrieb so gering, dass er die Gewichtskraft nicht mehr ausgleichen kann.