Фамилия Чернаеов — на первый взгляд кажется опечаткой или редким вариантом написания. В русской ономастике устойчивая норма — Чернаев, от прозвища Чернай («черный», «смуглый» или «темноволосый»). Форма с двумя гласными «ео» подряд нетипична и почти не встречается в исторических документах и современных справочниках. Скорее всего, мы имеем дело либо с искажением при записи (например, в паспортном столе или при переписи), либо с искусственным переосмыслением фамилии на письме, когда человек хотел подчеркнуть необычное звучание.

Если отбросить вариант ошибки, то морфология подсказывает: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?» — Чернаев). Основа «Черна-» восходит к древнерусскому прозвищу Чернай, которое давали по цвету волос, кожи или одежды. В говорах «чернай» могло означать и человека угрюмого, нелюдимого. Суффикс -е- (вместо -а-) в позиции перед «ов» — это уже графический курьёз: по правилам русского языка после шипящих и «ц» пишется «е» под ударением, но здесь «черн» с «е» не имеет фонетического смысла. Вероятно, кто-то из носителей сознательно заменил «а» на «е», чтобы фамилия звучала «по-старинному» или отличалась от распространённой Чернаев.

Географически фамилия Чернаев (и её редкие варианты) привязана к южнорусским и украинским землям, где прозвище Чернай было особенно популярно. В писцовых книгах XVI–XVII веков встречаются крестьяне и посадские люди с таким именованием. Чернаеовы, если это не случайная описка, могли быть потомками одного из таких Чернаев, чья фамилия при переходе из устной формы в письменную получила нестандартное оформление. Других версий — например, от тюркского корня или от названия ремесла — для этой фамилии нет, так как основа прозрачно славянская.

Единственный нюанс: в некоторых старых метрических книгах встречается написание «Чернаѣовъ» (с ятем), где «ѣ» читалось как «е», но на письме передавало долгий звук. В современной орфографии это могло превратиться в «Чернаеов» — так что не исключено, что перед нами не ошибка, а архаичная форма, сохранившая след дореформенной графики.