大涵道比发动机在大型军/民用运输机等领域具有独特的意义,且随着跨音速飞行器的研究发展,机翼表面可层流化设计减阻的范围越来越小。而多项短舱外罩的自然层流实验表明:在外罩表面可实现较大范围的层流覆盖,能进一步为飞行器带来可观收益。为了准确预测短舱外罩表面的层流分离以及转捩位置,本文对基于SST k-ω湍流模型的γ-Re_θt转捩模型进行了验证。随后将该转捩模型应用于CRM短舱自然通气模拟的结果与短舱的设计要求表明,短舱必须重新参数化设计。针对三维短舱的参数化问题,详细介绍了CST参数化原理,比较了不同BPO值对拟合精度的影响。并根据短舱的设计要求,相应的选择了三个基准面。同时,在此详细的介绍了单目标遗传算法的原理,并以经典“欺骗问题”验证了其高效的寻优能力。通过短舱各截面的轴对称优化,解决了高雷诺数下三维自然层流NLF短舱的高维优化设计问题,并取得较好的层流比。为了进一步高效生成自然层流NLF短舱,本文采用CATIA二次开发,解决了各截面优化后大量数据点导入与曲面生成问题。最后,针对采用自然层流NLF设计的短舱,进行了设计点附近迎角、侧滑角、马赫数以及湍流度的单目标转捩不确定性分析和迎角与侧滑角耦合的不确定性分析,结果表明轴对称短舱优化设计的可行性,并证实了该自然层流短舱的良好鲁棒性。