En este estudio, se investigaron el análisis de incertidumbre aerodinámica y la optimización de un vehículo convencional axisimétrico con una configuración aerodinámica. Se comparó la precisión de predicción de los métodos típicos de estimación del rendimiento aerodinámico, a saber, la estimación ingenieril y la simulación numérica, utilizando los datos de pruebas en túnel de viento del vehículo. Luego, utilizando un software modificado de compendio de datos de misiles (DATCOM), se desarrolló un método de alta eficiencia y alta precisión, que se aplicó para analizar y caracterizar los parámetros aerodinámicos del vehículo axisimétrico. Para mejorar la robustez y fiabilidad del rendimiento aerodinámico, se estableció un marco de optimización de diseño basado en incertidumbre (UDO). El espacio de diseño se escaló mediante un análisis de sensibilidad de parámetros, y se logró una eficiencia computacional mejorada mediante el desarrollo de expansiones de caos polinómico paralelo (PCEs). Los resultados optimizados muestran que el método modificado exhibe alta precisión en la predicción del rendimiento aerodinámico. Para las mismas restricciones, los resultados de la optimización de diseño determinista (DDO) mostraron que, en comparación con el esquema inicial, la probabilidad de que la relación de controlabilidad a estabilidad satisficiera la restricción disminuyó del 98.8% al 72.4%, y este valor aumentó al 99.9% en el caso de UDO. En comparación con los resultados del esquema inicial y DDO, UDO logró una reducción considerable en los valores medios y la desviación estándar de los rendimientos aerodinámicos, lo que puede garantizar una mayor probabilidad de que las restricciones cumplan con los requisitos de diseño, logrando así un diseño fiable y robusto.