Este estudio explora la optimización del diseño multidisciplinario (MDO) de la caja alar del Modelo de Investigación Común (CRM) de la NASA, utilizando tanto materiales metálicos como compuestos, mientras aborda diversas restricciones, incluyendo la resistencia estática, la rigidez, la aeroelasticidad y consideraciones de fabricación. La estructura principal del ala, que soporta carga, está diseñada con alta fidelidad estructural, lo que resulta en un mayor número de elementos estructurales que representan el modelo de la caja alar. Esta mayor complejidad expande el espacio de diseño debido a un mayor número de variables de diseño, mejorando así el potencial para identificar alternativas de diseño óptimas y mejorar la precisión de la estimación de masa. Se empleó análisis de elementos finitos (FEA) combinado con técnicas de optimización de diseño basadas en gradientes para evaluar la masa de las configuraciones de la caja alar metálica y compuesta. Los resultados demuestran que la incorporación de materiales compuestos en el diseño de la caja alar del CRM logra una reducción de masa estructural de aproximadamente 17.4% en comparación con la caja alar metálica cuando se consideran las restricciones de flutter y una reducción del 23.4% cuando se excluyen las restricciones de flutter. Al considerar las restricciones de flutter, la caja alar compuesta exhibe una reducción del 5.6% en la masa estructural y una disminución del 5.3% en la velocidad crítica de flutter. A pesar de la reducción en la velocidad de flutter, el diseño se mantiene libre de inestabilidades de flutter dentro del sobre de vuelo operativo. El análisis de flutter, realizado utilizando el método, confirmó que tanto las cajas alares metálicas como las compuestas optimizadas están libres de inestabilidades de flutter, con velocidades de flutter que superan el umbral crítico de 256 m/s. Además, los análisis de vibración libre y estabilidad aeroelástica revelan que la caja alar compuesta demuestra frecuencias naturales más altas en comparación con la versión metálica, lo que indica que los materiales compuestos mejoran la respuesta dinámica y reducen la susceptibilidad a fenómenos aeroelásticos. También se encontró que la masa de combustible influye significativamente tanto en las frecuencias naturales como en las características de flutter, con la presencia de combustible llevando a una reducción en las frecuencias estructurales asociadas con la flexión del ala.