层流减阻是提高民用飞机经济性的重要措施,是当前航空界研究和发展的前沿技术。基于数值模拟的层流减阻技术依赖于高精度的阻力预测、可靠的转捩判断以及大量的优化计算,本文在研究了相关技术的基础上,发展了基于NASH均衡的高效优化算法,并将之用于轴对称层流短舱的优化设计,对优化后的外形进行转捩影响分析。本文的主要工作内容如下:首先,建立了短舱外形的CST参数化方法,以六阶的Bernstein基函数系数为设计变量,采用基于k-?SST（10）?-R e_?t四方程模型的计算流体力学（Computation Fluid Dynamics,CFD）数值模拟技术,基于几何不确定性分析对低雷诺数下的自然通气短舱进行了自然层流设计,最终实现层流范围的增加,证实了该方法的有效性。然后,用该方法对高雷诺数下考虑流量系数和几何约束的短舱进行多目标优化,外形的几何设计通常具有多维变量,加上高精度的数值模拟往往会加大设计过程中的计算花费,因此本文发展了基于NASH均衡的高效优化算法,在利用经典测试函数进行有效性验证的基础上,进行高雷诺数下的自然层流短舱减阻设计,并与普通优化算法结果对比。结果显示本文发展的算法能有效提高搜索效率和收敛性。最后,对优化后高雷诺数下层流范围较大的外形进行转捩影响的敏感性分析与不确定分析,包括单变量的几何、马赫数、湍流度、流量系数影响分析,几何全局以及马赫数和湍流度耦合的敏感性与不确定性分析。按敏感度的高低选出对层流范围影响明显的变量,为进一步的鲁棒性设计和外形的稳定性分析提供有价值的参考。