Se desarrolla un marco de diseño aeroestructural acoplado y optimización de trayectoria para la competencia Air Cargo Challenge con el fin de maximizar la puntuación esperada basada en la carga transportada, la altitud alcanzada y la distancia recorrida. Su arquitectura modular lo hace fácilmente adaptable a cualquier problema donde el rendimiento dependa no solo del diseño de la aeronave, sino también de su trayectoria de vuelo. Se basa en OpenAeroStruct, un solucionador aeroestructural que utiliza derivadas analíticas para una optimización eficiente basada en gradientes. Un módulo de optimización de trayectoria que utiliza un método de colocalización se acopla con la opción de usar b-splines para aumentar la eficiencia computacional junto con un modelo de decaimiento de potencia basado en experimentos que determina con precisión la respuesta propulsiva de la aeronave a la entrada de control dependiendo del nivel de descarga de la batería. El problema de optimización totalizó 206 variables y 283 restricciones y se resolvió en menos de 7 horas en una computadora estándar con una reducción del 12% al usar b-splines para las variables de control de trayectoria. Los resultados revelaron la necesidad de considerar la puntuación total multiobjetivo para tener en cuenta los diferentes componentes de puntuación y destacaron la importancia del nivel de carga útil y la trayectoria elegida. El área del ala debería aumentarse dentro de los límites permitidos para maximizar la capacidad de carga útil, el ascenso a la altura máxima objetivo debería ser el enfoque de los primeros 60 segundos de vuelo y se debería evitar el acelerador a fondo en crucero para reducir pérdidas y extender la distancia de vuelo. El marco demostró ser una herramienta valiosa para que los estudiantes obtengan fácilmente pautas tanto para el diseño del modelo de aeronave como para el control para maximizar la puntuación de la competencia.