Dies umfasst:

Die Höhenbereiche der atmosphärischen Schichten variieren insbesondere je nach Breitengrad und Jahreszeit. Im Winter und insbesondere an den geographischen Polen ist die Troposphäre tendenziell dünner als nahe des Äquators. Mitunter ist eine Abgrenzung der Schichten schwierig, da die Übergänge fließend sind und insbesondere die Tropopause als Übergangsschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre aufzufassen ist.

Dabei fliegen zivile Unterschallflugzeuge praktisch ausschließlich in der Troposphäre und der unteren Tropopause (also Reiseflughöhe von etwa 10 km). Helikopter sind bis auf wenige Ausnahmen auf einen Höhenbereich von bis zu 6 km - also definitiv ausschließlich auf die Troposphäre - beschränkt. Die obere Tropopause und die Stratosphäre werden praktisch ausschließlich von der militärischen Luftfahrt und früher von zivilen Überschallflugzeugen genutzt (bis etwa 18 km). Erst in einer Höhe von etwa 200 km folgen Satelliten und andere Raumfahrzeuge, die die darunter liegenden Schichten nur kurzzeitig durchfliegen. Die "gedachte" Grenze (eine strenge physikalische Grenze befindet sich hier nicht) zwischen Luftraum und Weltraum liegt bei 100 km Höhe in der unteren Thermosphäre.

Innerhalb der Troposphäre nehmen Druck, Temperatur und Dichte der Luft mit zunehmender Höhe ab. Damit verändert sich auch die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe. Über dies ist die Troposphäre geprägt von einem hohen vertikalen Austausch der Luftmassen. Das thermodynamische Verhalten in der Troposphäre wird daher auch als adiabatisch geprägt bezeichnet. Das rührt daher, dass der Austausch von Wärme in der Troposphäre im Wesentlichen mit einem Luftstrom zusammenhängt und nicht primär strahlungsgetrieben ist. Auf die Troposphäre konzentriert sich praktisch das gesamte Wettergeschehen.

In der (dünnen) Tropopause findet ein Übergang von den Eigenschaften der Troposphäre zu denen der Stratosphäre statt.

Die Stratosphäre ist durch ein weitestgehend fehlendes Wettergeschehen (insbesondere kaum Wolkenbildung) und damit einhergehend eine sehr geringe Luftfeuchtigkeit geprägt. Innerhalb der Stratosphäre steigt die Temperatur mit steigender Höhe anders als in der der Troposphäre (und anders als weitestgehend auch in der Tropopause) wieder an.

Die (untere) Stratosphäre wird am DLR unter anderem vom HALO Forschungsflugzeug untersucht: https://de.wikipedia.org/wiki/High_Altitude_and_Long_Range_Research_Aircraft, https://www.dlr.de/content/de/missionen/halo.html

Standardatmosphäre

Dichte, Druck, Temperatur und somit auch die Schallgeschwindigkeit der Atmosphäre unterliegen tageszeitlichen, sowie lokalen und jährlichen Schwankungen. Damit sind sie selbst bei konstanter Höhe je nach Umgebungsbedingungen variabel. Die Definition einer Standardatmosphäre beabsichtigt die Schaffung einer international einheitlichen Bezugsgröße als Grundlage für flugmechanische Untersuchungen (und auch für die Flugführung).

Die Eigenschaften dieser idealisierten Atmosphäre entsprechen den auf der Erde herrschenden Mittelwerten und dient daher nicht einer genauen Beschreibung der aktuellen, lokalen Atmosphäre.
Die Standardatmosphäre geht innerhalb einer Troposphäre, die bis auf eine Höhe von 11 km reicht, davon aus, dass die Lufttemperatur auf Meereshöhe 288,15 K (= 15°C) beträgt und je Kilometer Höhe um 6,5 K abnimmt. Die Kelvin-Skala skaliert linear zur Celsius-Skala, lediglich der Nullpunkt ist verschoben (absoluter Nullpunkt). In 11 km Höhe werden somit 216,65 K (= -56,5°C) erreicht. In der Tropopause wird dann eine unabhängig von der Höhe konstante Temperatur von 216,65 K (= -56,5°C) angenommen. Die dann beginnende Stratosphäre wurde im Diagramm nicht berücksichtigt. Je nach Höhe des Übergangs von Tropopause zu Stratosphäre steigt die Temperatur ab da wieder an.

Auf diesem Umstand beruht auch die Höhenabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit.

Auch der Luftdruck und die Luftdichte nehmen mit steigender Höhe ab. Die Details dieser Sachverhalte werden in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme genauer beleuchtet.

Flugantriebe

Flugantriebe beruhen auf dem Prinzip, dass hinter dem Triebwerk ein Strom beziehungsweise ein Medium mit erhöhter Geschwindigkeit und / oder erhöhtem Druck vorliegt.

Die typischen Ausführungsformen von Flugantrieben für zivile Transportflugzeuge sind Propeller (konventioneller Propellerantrieb oder "Turboprop") und Mantelstromtriebwerke (Turbofan). Bevor Mantelstromtriebwerke bei zivilen Transportflugzeugen verbreitet waren, kamen oft Turbojets (Einstrom-Strahltriebwerke) zum Einsatz.

Rufen wir uns kurz aus der Einführung des Systembegriffs (Unterkapitel 2. Luftverkehr) das Mantelstromtriebwerk in Erinnerung:

Deutlich zu erkennen ist die Aufteilung des Luftstroms durch das Triebwerk in einen Strom durch den "Engine Core" (Kernstrom) und einen Mantelstrom ausschließlich durch den Fan. Anders als bei einem Turbojet (Einstrom-Strahltriebwerk), bei dem der gesamte Luftstrom durch Verdichter, Brennkammer und Turbine geführt wird, gibt es beim Mantelstromtriebwerk also einen sogenannten Mantelstrom oder auch Nebenstrom. Wie sich die beiden Luftströme aufteilen, beschreibt das Nebenstromverhältnis (Bypass Ratio - BPR) über den Quotienten aus dem Massenstrom von Mantelstrom zu Kernstrom (also durch die Brennkammer). Beim Einstrom-Strahltriebwerk ist der BPR also 0, der maximal mögliche Wert geht gegen unendlich.

Weitere Themen zu Flugantrieben und der Entwicklung des Nebenstromverhältnisses und anderer Parameter werden in Kapitel 3. Fluggerät & Flugzeugsysteme genauer beleuchtet.