Em primeiro lugar, Voronej não é uma transcrição1 do nome da cidade russa, é, sim, uma transliteração que, como o nome indica, implica uma alteração das letras que compõem a palavra, pois, como é sabido, em russo é utilizado um alfabeto diferente: o alfabeto cirílico. Quando se translitera uma palavra (seja do russo para o português ou vice-versa), deve procurar-se, no alfabeto da língua de destino, letras (ainda que parcialmente) equivalentes. Normalmente, em qualquer gramática ou dicionário do russo (ou de outra língua que use o cirílico) para falantes de uma língua que use um outro alfabeto, é sempre dado um quadro com letras correspondentes, o que nos permite começar por responder à primeira pergunta: o o cirílico corresponde ao o latino, pelo que Воронеж se escreve, em português, Voronej (note-se que há alguma oscilação na transliteração de certas letras e por vezes podemos também encontrar a mesma cidade grafada assim: Voronezh, apesar de considerarmos que, em português, a primeira forma é a mais apropriada, já que ж e j e são equivalentes em todos os contextos). Explicado isto, é evidente que se lê a palavra Voronej com dois o, a não ser que saiba russo e, portanto, saiba que se deve aplicar uma regra de vocalismo átono (que a consulente bem resumiu) e, consequentemente, que em Воронеж o primeiro o, porque átono, pronuncia-se a.
Quanto à segunda questão, não encontrámos quaisquer fontes que atestassem um gentílico associado a esta cidade russa. Neste caso, sugerimos que se refira aos habitantes dessa localidade da seginte forma: «o habitante ou o natural de Voronej».
Se, ainda assim, quiser criar um gentílico associado a Voronej, pode fazê-lo, desde que não viole as normas do português. Das opções que refere a consulente, voronejiano parece ser a melhor hipótese (adoptada em inglês como adjectivo: Voronezhian).2
1 Uma transcrição – por exemplo, fonética – seria [vaˈrɔnʲeʃ].
2 Sobre o uso de maiúscula inicial em gentílicos, consultar a resposta O natural da região francesa de Morvan (Borgonha, França).